Dawid Jagieła

II ChPiS

Ćwiczenie nr 2

Kinetyka reakcji heterofazowych

Wstęp teoretyczny:

Reakcje heterofazowe to reakcje w których układ substraty-produkty tworzony jest przez jedno lub wieloskładnikową fazę gazową, oraz jedną lub kilka jednoskładnikowych faz skondensowanych (stałych, ciekłych) - czyste reagenty. Najczęściej reakcje w układach heterogenicznych są zerowego rzędu, na skutek szybkiego przemieszczania się produktu (najczęściej gazowego) z miejsca zajścia reakcji - granicy faz. Ponieważ reakcja zachodzi tylko na granicy faz jej kinetyka zależy od powierzchni fazy skondensowanej. Dobrze rozwinięte powierzchnie zwiększają szybkość reakcji, ale z kolei zjawiska adsorpcyjne występujące na granicy faz szybkość tą zwiększają.

Prezentacja wyników:

Reakcja jest reakcją zerowego rzędu, a więc równanie kinetyczne przyjmuje postać:

V = k·c_HCl

Stałe szybkości reakcji wynoszą odpowiednio:

Stężenie kwasu [%]	Wartość stałych szybkości [mol·dm^3·min^-1]
5	0,1075
10	0,1698
15	0,3168
20	1,6025

Obliczenia:

Podczas doświadczenia zachodzi następująca reakcja:

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

Przyjmuję, że rząd reakcji nie jest ułamkowy. Obliczam go graficznie sporządzając wykresy zależności dla podanych stężeń kwasu:

V = f(t) - reakcja zerowego rzędu

logV = f(t) - reakcja pierwszego rzędu

1/V = f(t) - reakcja drugiego rzędu

1/V² = f(t) - reakcja trzeciego rzędu

,gdzie: V - objętość wydzielonego wodoru do danego punktu pomiarowego

t - czas

Ponieważ tylko dla zależności V = f(t) wykres jest linią prostą wnioskuję, że reakcja jest rzędu zerowego, a równanie kinetyczne przyjmuje postać:

V = k·c_HCl

Wartości stałej szybkości k, odczytuję z równań linii regresji umieszczonych na poszczególnych wykresach (wartości a w równaniu: y=ax+b).

Dyskusja otrzymanych wyników:

Jak widać wykres zależności V = f(t) jest linią prostą, a więc rzędowość reakcji wynosi zero. Główną przyczyną błędów pomiarowych jest mała dokładność aparatury tzn. 0,1 cm³ szczególnie utrudniająca pomiar dla małych stężeń kwasu solnego, gdzie dla pomiarów końcowych ilość wydzielonego wodoru wynosiła praktycznie zero, niemniej jednak była obserwowalna. Można by zwiększyć dokładność stosując większą ilość cynku (więcej granulek), ale to z kolei powodowałoby błędy pomiarowe, wynikające z osadzania się pęcherzyków wodoru w przestrzeni między granulkami. Błąd ten stawałby się bardziej znaczący dla małych stężeń, gdzie gaz wolniej opuszcza środowisko reakcji. Poza tym dla pierwszego pomiaru tj. 5% kwas parę razy wodór wydostał się z aparatury, na skutek nieszczelności styku szlif kolby - korek. Po nasmarowaniu szlifu problem został usunięty. Błędem obarczony jest też pomiar czasu ±1 s, ale to nie znacznie wpływa na wyniki zważywszy na 60s odstępy pomiarowe.

---