Ćwiczenie 21
Kinetyka autokatalitycznej reakcji jodowania acetonu
	Data wykonania ćwiczenia: 24.05.2001	Grupa: II	Ocena:
					Zespół: 10

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	10,4	0,0052	-	-
1.	12:41	1	10,35	0,005175	0,000025	0,002315
2.	12:55	15	9,75	0,004875	0,000325	0,03
3.	13:10	30	8,8	0,0044	0,0008	0,074
4.	13:25	45	7,95	0,003975	0,001225	0,113
5.	13:40	60	7,0	0,0035	0,0017	0,157

1.

2.

3. 
   

4. 
   

5. 
   

6. 
   

7. Metoda graficzna:

Wykres zależności y = f (t)

---