Bartosz Puchalski 11.V.2005

Ćwiczenie nr 15

Kinetyka reakcji I rzędu - inwersja sacharozy

Po włączeniu polarymetru do sieci, uruchomiłem termostat wodny i włączyłem obieg wody. Temperatura była już ustalona. Przygotowałem pierwszy roztwór przez odważenie na wadze technicznej 15 g sacharozy i rozpuszczeniu jej w 50 ml kolbce miarowej w wodzie destylowanej wytermostatowanej. Następnie przyrządziłem roztwór nr 2 poprzez odmierzenie pipetą 20 ml roztworu pierwszego do kolbki miarowej na 50 ml i dopełniłem wodą destylowaną do kreski. Po wymieszaniu napełniłem tym roztworem rurkę polarymetryczną i oznaczyłem skręcalność początkową (α₀). Opróżniłem rurkę polarymetryczną, przemyłem ją dokładnie wodą destylowaną. Następnie odmierzyłem pipetą 20 ml roztworu pierwszego do kolbki miarowej na 50 ml i dopełniłem do kreski roztworem kwasu siarkowego o stężeniu 2 mol/l. Zacząłem mierzyć czas reakcji inwersji sacharozy. Po upływie 7 min od zainicjowania reakcji rozpocząłem pomiar kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji kontynuując pomiary w odstępach 5 minutowych. Po zakończeniu pomiarów rurkę polarymetryczną umyłem, roztwory wylałem a kolbki wymyłem.

1. Wyniki eksperymentalne:

Czas t [s]	Kąt α [^o]
0	18,4
420	16
720	14,34
1020	12,9
1320	11,72
1620	10,65
1920	9,75
2220	8,93
2520	8,17
2820	7,48
3120	6,84
3420	6,75
3720	5,68
4020	5,15
4320	4,67
4620	4,21
4920	3,75
5220	3,34
5520	2,94
∞	-6,36

• stężenie początkowe sacharozy wyliczam z proporcji:

jeżeli 15 g sacharozy było w - 50 ml roztworu

to x gramów sacharozy jest w - 1000 ml roztworu

x = 300 g/l = 300 kg/m³

• stężenie katalizatora (kwasu siarkowego VI) w roztworze badanym:

2 mole były w - 1000 ml roztworu kwasu

to x moli było w - 30 ml roztworu kwasu

x = 0,06 mola kwasu

0,06 mola kwasu było w - 50 ml roztworu sacharozy z kwasem

to x moli było w - 1000 ml roztworu sacharozy z kwasem

x = 1,2 mola kwasu siarkowego (VI)

• obliczam α_∞ ze wzoru:

; gdzie T - temperatura w ^oC równa 18,9 ^oC

α_∞ = -18,4*(0,44 - 0,005*18,9) = - 6,36 ^o

• skręcalność początkowa obliczona na podstawie równania kinetycznego za pomocą pakietu obliczeniowego pracowni chemii fizycznej wynosi:

α₀ = 16,23 ^o

2. Obliczam stałą szybkości inwersji sacharozy dzięki wyznaczeniu współczynnika kierunkowego A równania y = Bx + A, zapisanego jako:

ln(α_t - α₀) = ln(α₀ - α_∞) - kt

• stałe A i B wyznaczyłem metodą najmniejszych kwadratów za pomocą pakietu obliczeniowego pracowni chemii fizycznej :

A = 3,1175

B = - 1,6452E - 04

• wiedząc, że B = - k obliczam stałą szybkości reakcji inwersji sacharozy:

k = 1,645E-04 [1/s]

3. Zestawienie wyników obliczeń:

Ln(α0 - α∞)	α0 na podstawie równania kinetycznego	k [1/s]
3,2092	16,23 ^o	1,645E-04

Wnioski.

Wartości α₀ wyznaczone eksperymentalnie i na podstawie równania kinetycznego różnią się dość znacznie błąd standardowy wynosi 1,085 a odchylenie 1,5344. Prosta ln(α_t - α_∞) = A + B*t ma współczynnik korelacji równy 0,9963 a determinacji 99,26 %, błąd standardowy stałej B wynosi 3,4296E-06. Ćwiczenie pokazuje, że przebieg reakcji inwersji sacharozy można śledzić z powodzeniem za pomocą metody polarymetrycznej. Na podstawie przebiegu wykresu α_t = f(t) można również zauważyć znaczny wpływ katalizatora (jonów wodorowych pochodzących od kwasu siarkowego VI) na szybkość reakcji.

---