|
|
||
Ćwiczenie nr 23 |
TEMAT: WPŁYW SIŁY JONOWEJ ROZTWORU NA SZYBKOŚĆ REAKCJI |
||
|
|
||
|
|
||
Imię i nazwisko: |
|
Wydział : WTiICH Inżynieria Chem. |
|
Ocena : |
Podpis : |
||
|
|
Efektem solnym nazywamy zmiany szybkości reakcji jonowych pod wpływem elektrolitu obojętnego (nie biorącego udziału w reakcji) .Wraz ze stężeniem elektrolitów zmieniają się współczynniki aktywności reagujących jonów (pierwotny efekt solny) ,co może pociągać za sobą zmiany stężenia tych jonów /wtórny efekt solny /.
Według Brönsted'a i Bjerruma dwucząsteczkowa reakcja jonowa przebiega poprzez etap powstawania kompleksu aktywnego. Bjerrum przyjął, że kompleks /X/ i reagujące jony /R,Y/ znajdują się w równowadze. O szybkości całego procesu decyduje szybkość rozpadu kompleksu /X/ z utworzeniem produktów reakcji /Z/:
(1)
(2)
Stężenie produktu pośredniego cx można wyrazić poprzez stężenia reagentów jonowych cR i cY oraz współczynniki aktywności fR ; fY i fX. W tym celu stosujemy prawo działania mas w odniesieniu do pierwszego etapu reakcji:
(3)
(4)
Otrzymuje się równanie kinetyczne w postaci:
(5)
W przypadku gdy stężenia elektrolitów są małe, współczynniki aktywności można obliczyć korzystająć z prawa Debye'a:
(6)
gdzie: J- siła jonowa roztworu
zm - ładunek jonu
A - stała zależna od stałej dielektrycznej
rozpuszczalnika i temperatury /dla wody w temp.250C :
A=0,509/dm3/1/2 mol-1/2
(7)
Przyjmując, że ładunek kompleksu pośredniego X wynosi:
zX = zR + zY (8)
otrzymujemy:
(9)
Wynika stąd, że człon równania /5/ zawierający współczynniki aktywności jest zależny od siły jonowej J roztworu . Szybkość reakcji zwiększa się ze wzrostem J jeżeli jony R i Y mają ładunki jednoimienne ; maleje, gdy ładunki R i Y są różnoimienne i nie ulega zmianie w przypadku zR=0 lub zY=0.
Stosując jeden z reagentów jonowych /np. Y/ w dużym nadmiarze można przyjąć, że jego stężenie nie zmienia się w czasie biegu reakcji /cY=const./. Wartość w przybliżeniu stałą ma wówczas również siła jonowa roztworu, zależna głównie od stężenia elektrolitu obojętnego i cY /cR<<cY/.
W tym przypadku obowiązuje równanie kinetyczne:
(10)
gdzie:
(11)
Po zlogarytmowaniu równania /11/ i wykorzystaniu zależności /9/otrzymuje się:
(12)
Nachylenie prostej w układzie współrzędnych
jest więc zależne od ładunków reagujących jonów oraz stałej A z równania Debye'a. Przebieg prostej można wyznaczyć doświadczalnie w oparciu o scałkowane równanie /10/ na podstawie pomiarów zmian cR w czasie biegu reakcji w roztworach o różnej sile jonowej. Zgodność oznaczonej wartości stałej A wartością oczekiwaną na podstawie piśmiennictwa może być potwierdzeniem przedstawionej teorii.
OPRACOWANIE WYNIKÓW:
Vc=100 cm3 c1=10-4mol/dm3
V1= 5 cm3 c2=0,1
V2= 10 cm3 c3=0,01;0,05;0,1;0,2
V3= 1,5,10,20 cm3
Aobl=0,667 wartość literaturowa A=0,509
[mol/dm3] |
t [s] |
E |
ln E |
J |
|
k |
lg k |
0 |
0 |
0,3 |
-1,204 |
0,0025 |
0,05 |
0,0010 |
-6,91 |
|
120 |
0,25 |
-1,386 |
|
|
|
|
|
240 |
0,22 |
-1,514 |
|
|
|
|
|
360 |
0,19 |
-1,661 |
|
|
|
|
|
480 |
0,17 |
-1,772 |
|
|
|
|
|
600 |
0,15 |
-1,879 |
|
|
|
|
|
720 |
0,135 |
-2,002 |
|
|
|
|
|
840 |
0,125 |
-2,079 |
|
|
|
|
|
960 |
0,115 |
-2,163 |
|
|
|
|
|
1080 |
0,105 |
-2,254 |
|
|
|
|
|
1200 |
0,095 |
-2,354 |
|
|
|
|
0,01 |
0 |
0,225 |
-1,492 |
0,0125 |
0,11 |
0,0009 |
-7,01 |
|
120 |
0,185 |
-1,687 |
|
|
|
|
|
240 |
0,16 |
-1,833 |
|
|
|
|
|
360 |
0,13 |
-2,040 |
|
|
|
|
|
480 |
0,12 |
-2,120 |
|
|
|
|
|
600 |
0,11 |
-2,207 |
|
|
|
|
|
720 |
0,10 |
-2,303 |
|
|
|
|
|
840 |
0,095 |
-2,354 |
|
|
|
|
|
960 |
0,09 |
-2,408 |
|
|
|
|
|
1080 |
0,08 |
-2,526 |
|
|
|
|
|
1200 |
0,07 |
-2,659 |
|
|
|
|
0,05 |
0 |
0,23 |
-1,470 |
0,0325 |
0,18 |
0,0008 |
-7,13 |
|
120 |
0,2 |
-1,609 |
|
|
|
|
|
240 |
0,18 |
-1,715 |
|
|
|
|
|
360 |
0,165 |
-1,802 |
|
|
|
|
|
480 |
0,14 |
-1,966 |
|
|
|
|
|
600 |
0,125 |
-2,079 |
|
|
|
|
|
720 |
0,115 |
-2,163 |
|
|
|
|
|
840 |
0,105 |
-2,254 |
|
|
|
|
|
960 |
0,095 |
-2,354 |
|
|
|
|
|
1080 |
0,091 |
-2,397 |
|
|
|
|
|
1200 |
0,085 |
-2,465 |
|
|
|
|
0,1 |
0 |
0,26 |
-1,347 |
0,0575 |
0,24 |
0,0007 |
--7,26 |
|
120 |
0,23 |
-1,470 |
|
|
|
|
|
240 |
0,20 |
-1,609 |
|
|
|
|
|
360 |
0,18 |
-1,715 |
|
|
|
|
|
480 |
0,165 |
-1,802 |
|
|
|
|
|
600 |
0,15 |
-1,879 |
|
|
|
|
|
720 |
0,135 |
-2,002 |
|
|
|
|
|
840 |
0,125 |
-2,079 |
|
|
|
|
|
960 |
0,115 |
-2,163 |
|
|
|
|
|
1080 |
0,11 |
-2,207 |
|
|
|
|
|
1200 |
0,10 |
-2,303 |
|
|
|
|
0,2 |
0 |
0,27 |
-1,309 |
0,1075 |
0,33 |
0,0006 |
-7,42 |
|
120 |
0,25 |
-1,386 |
|
|
|
|
|
240 |
0,23 |
-1,470 |
|
|
|
|
|
360 |
0,215 |
-1,537 |
|
|
|
|
|
480 |
0,20 |
-1,609 |
|
|
|
|
|
600 |
0,185 |
-1,687 |
|
|
|
|
|
720 |
0,175 |
-1,743 |
|
|
|
|
|
840 |
0,165 |
-1,802 |
|
|
|
|
|
960 |
0,145 |
-1,931 |
|
|
|
|
|
1080 |
0,135 |
-2,002 |
|
|
|
|
|
1200 |
0,12 |
-2,120 |
|
|
|
|
WYKRES ZALEŻNOŚCI ln k =