• Szczecin 2000-11-27

• POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA

• ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ

• Laboratorium studenckie

Sprawozdanie z wykonania ćwiczenia nr 21:

„Kinetyka autokatalitycznej reakcji jodowania acetonu.”

Wykonali:

APARATURA: - termostat

• termometr cyfrowy

• dwie kolby miarowe 250 cm³

• dwie probówki

• cztery kolby stożkowe 250 cm³

• pipeta 25 cm³

• biureta

ODCZYNNIKI: - 0,01n roztwór Na₂S₂O₃

• 0,1n roztwór NaHCO₃

• 1n roztwór HCl

• 4% roztwór KI

• roztwór skrobi

Wstęp:

Kinetyka zajmuje się zmiennością w czasie reagujących układów. Badania kinetyczne dostarczają informacji o przebiegu reakcji chemicznych, oraz stanowią podstawę technologicznego projektowania reaktorów.

Wyniki pomiarów kinetycznych opisywane są równaniami, które w większości przypadków wyrażają zależność szybkości reakcji
od stężeń reagentów i od temperatury. Aby zrozumieć związek równań kinetycznych z molekularnym przebiegiem reakcji, należy poznać mechanizm tejże reakcji. Przez pojęcie mechanizm reakcji rozumie się najczęściej, ustalenie sekwencji aktów elementarnych i identyfikację nietrwałych produktów pośrednich, a rzadziej wyjaśnienie zmian struktury zachodzących w czasie aktu elementarnego.

Według Boudarta celem podstawowych badań kinetycznych jest:

• ustalenie schematu reakcji

• zaproponowanie sekwencji aktów elementarnych

• wyjaśnienie przebiegu elementarnego.

Szybkość reakcji chemicznej
definiowana jest jako zmiana stężenia
w czasie
:

i jest ona wielkością intensywną. W przypadku gdy stężenie
odnosi się do substratów w równaniu tym należy dopisać znak minus.

Centralnym problemem kinetyki chemicznej jest znalezienie równanie kinetycznego:

gdzie
jest temperaturą bezwzględną, a
stężeniami poszczególnych reagentów po określonym czasie. Szybkość nieodwracalnej reakcji chemicznej
, wyraża się wzorem:

gdzie współczynnik
, zwany stałą szybkości reakcji, jest niezależny od stężeń reagentów, zależy natomiast od temperatury. W pewnych przypadkach funkcja
może też zależeć od temperatury.

Funkcja
ma postać:

gdzie iloczyn rozciąga się na wszystkie składniki układu, a _i jest rzędem reakcji względem składnika
. Rząd reakcji zawarty jest zwykle w granicach
. W szczególnym wypadku może on być równy zero. Równanie kinetyczne jest zależnością czysto empiryczną, którą można się bezpiecznie posługiwać tylko w warunkach, dla których została wyznaczona.

Stała szybkości reakcji zależy wykładniczo od temperatury:

gdzie:
- stała gazowa

- energia aktywacji

- czynnik przedwykładniczy.

Szybkość pewnych reakcji jest większa w obecności katalizatora. Katalizatory są to substancje przyspieszające reakcje chemiczne, pozostające w niezmienionej ilości po zakończeniu reakcji. Katalizator nie zmienia stanu równowagi termodynamicznej reakcji, tzn. jeżeli dana substancja katalizuje reakcję odwracalną w jednym kierunku to katalizuje także reakcję odwrotną. W przypadku katalizy jednorodnej, substrat reakcji tworzy połączenie przejściowe z katalizatorem. Działanie substancji katalitycznej sprowadza się do obniżenia energii aktywacji. Szybkość reakcji zależy od stężenia katalizatora. Ponieważ jednak stężenie katalizatora nie zmienia się w czasie, można je włączyć w eksperymentalnie wyznaczoną stałą szybkości reakcji. Efekty takie noszą nazwę katalizy kwasowo-zasadowej. Stałe szybkości reakcji katalizowanych jednocześnie przez kwasy i zasady zależą liniowo od stężeń wszystkich kwasów i zasad obecnych w układzie.

gdzie
jest stałą szybkości reakcji przebiegającej bez udziału katalizatora, a stałe
i
noszą nazwę stałych katalitycznych.

Celem ćwiczenia było wyznaczenie stałej szybkości reakcji jodowania acetonu w oparciu o pomiary stężeń jodu w funkcji czasu podczas jodowania acetonu w środowisku kwaśnym. Stężenie jodu wyznacza się metodą miareczkowania tiosiarczanem sodowym, który ma własności redukujące jod. Reakcja przebiega zgodnie z równaniem:

2 Na₂S₂O₃ + I₂ → Na₂S₄O₆ + NaI

Tabela pomiarowa:

Lp.	Godzina pomiaru	Czas trwania reakcji [min]	Objętość Na2S2O3	Stężenie jodu	Ubytek stężenia acetonu
0.	-	0	12	0,006	-	-
1.	9^45	10	10,05	0,005025	0,000975	0,0883576
2.	9^50	15	9,2	0,0046	0,0014	0,1268512
3.	10^05	30	8,3	0,00415	0,00185	0,167597
4.	10^21	46	7,7	0,00385	0,00215	0,1947547
5.	10^35	60	6,65	0,003475	0,002525	0,2286956

1.

2.

3. 
   

4. 
   

5. 
   

Wykres zależności y=f(t)

Metoda graficzna:

k=tg

k=0,0025

---