Ćw. 15

Kinetyka reakcji I - go rzędu

Inwersja Sacharozy

WSTĘP TEROETYCZNY

Reakcja inwersji sacharozy to reakcja w wyniku, której powstaje glukoza i fruktoza. Jest to typowa reakcja katalizy kwasowej (kwas siarkowy (VI)). Można taką reakcję opisać równiami dla reakcji I - go rzędu. Jest to dopuszczalne gdyż duży nadmiar wody powoduje, że jej stężenie można uznać za stałe.

Przebieg reakcji inwersji można śledzić wykorzystując różnice w pomiarach kąta skręcania płaszczyzny polaryzacji światła. W ogólnym przypadku polaryzacji, wektor natężenia pola elektrycznego E fali zakreśla w przestrzeni linię śrubową o zmiennej amplitudzie - analogicznie jak wektor natężenia pola magnetycznego H, przy czym stale spełniany jest warunek wzajemnej prostopadłości E i H. Wykorzystując różnice w skręcalności produktów i substratów możemy śledzić proces inwersji.

Generalnie sacharoza - czyli substrat - jest prawoskrętna, podobnie jak jeden z produktów tj. glukoza. Jednak fruktoza jest na tyle lewoskrętna, że ostatecznie produkt inwersji jest lewoskrętny. Jeżeli przez Lt oznaczymy kąt skręcania po czasie t, a przez
po zakończeniu procesu, to aktualne stężenie sacharozy Ct jest proporcjonalne do
. Oczywiście na początku tj. dla t=0,
.

Równanie reakcji I - go rzędu dla tego przypadku przyjmuje, więc postać:

Z równania wynika, że ln( Lt -
) jest prostoliniową funkcją czasu trwania procesu. Co oznacza, że stałą k można wyliczyć. W tym celu należy obliczyć współczynnik kierunkowy prostej:

Inwersja sacharozy jest to reakcja hydrolizy przy czym obecny jest w tym przypadku katalizator ( są nimi jony wodorowe - hydroniowe) W reakcji uczestnicza dwa rodzaje cząsteczek i można by oczekiwać, że w związku z tym przebiega ona według równania kinetycznego drugiego rzędu. Jeśli jednak reakcja to przebiega w roztworach rozcieńczonych (około 20%) to zmiany stężenia wody (bądź, co bądź substratu reakcji) są praktycznie nieistotne i o szybkości decyduje tylko stężenie sacharozy.

Dlatego właśnie mówimy, że inwersja sacharozy jest reakcją pseudo-pierwszego rzędu.

Sumarycznie cały proces przemiany katalizowanej obecnością jonów hydroniowych można opisać równaniem:

Bieg reakcji inwersji sacharozy można śledzić metodą polarymetryczną, mierząc zmieniającą się w czasie skręcalność wodnego roztworu sacharozy. Można to robić np. w polarymetrze Abbego.

Sama polarymetria to instrumentalna metoda analityczna, w której wyznacza się aktywność optyczną badanych substancji dzięki pomiarom kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła spolaryzowanego.

Pomiary polarymetryczne umożliwiają identyfikację substancji oraz określenie ich stężenia w roztworze. Polarymetria znajduje zastosowanie m. in. w przemyśle cukrowniczym.

LITERATURA:

1. J. Ceynowa: „Podręcznik do ćwiczeń laboratoryjnych z chemii fizycznej”, UMK, Toruń 1999,

2. K. Pigoń, Z. Ruziewicz: „Chemia fizyczna”, PWN, Warszawa 1986,

SUBSTANCJE SZKODLIWE

Kwas siarkowy (VI) CAS 7664-93-9-3

Oświadczenie:

Oświadczam, że zapoznałem się z kartą charakterystyki w/w substancji, znam jest właściwości chemiczne i fizyczne oraz metody postępowania w razie wypadku, w szczególności zasady udzielania pierwszej pomocy lekarskiej.

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zbadanie reakcji inwersji sacharozy pod wpływem katalitycznego działa kwasem siarkowym. Celem jest zapoznanie się z polarymetrycznym analizowaniem próbki.

---