ĆWICZENIE 9-1
Wyznaczanie stałej szybkości reakcji pierwszego rzędu. Wyznaczanie stałej szybkości reakcji inwersji sacharozy metodą polarymetryczną
CEL ĆWICZENIA:
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie stałej szybkości reakcji inwersji sacharozy, oraz zapoznanie się z metodami pomiaru szybkości reakcji pierwszego rzędu.
WSTĘP TEORETYCZNY
Szybkością reakcji chemicznej nazywamy stosunek zmiany stężenia substratu lub produktu do czasu, w którym ta zmiana nastąpiła, co możemy zapisać następująco:
maximum record size = 21
record size = 0
Gdzie, cA - stężenie substratu A w chwili t
CX - stężenie produktu X w chwili t
Reakcją pierwszego rzędu - określamy reakcje, których szybkość wyznaczona eksperymentalnie jest proporcjonalna do pierwszej potęgi stężenia składnika reagującego. Równanie kinetyczne dla reakcji I rzędu można zapisać
Gdzie, k - jest stałą szybkości reakcji róną szybkości reakcji gdy stężenie substratu jest jednostkowe (wartość charakter. Dla danej reakcji w danej T)
Po scałkowaniu równania i rozwiązaniu względem k otrzymujemy:
Gdzie, cºA - oznacza stężenie początkowe substratu
cA - oznacza stężenia substratu po czasie t
SACHAROZA - jest optycznie czynna i skręca płaszczyzną światła spolaryzowanego w prawo. Dwucukier ten ulega w roztworze wodnym hydrolizie wg następującego równania:
C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6
Sacharoza glukoza + fruktoza
Jej produkty natomiast skręcają płaszczyznę światła spol. W lewo stąd też w trakcie reakcji możemy obserwować zmianę kąta skręcenia światła w polarymetrze (z wartości dodatnich na ujemne - czyli inwersję kąta skręcania). Szybkość reakcji hydrolizy sacharozy zależy odjej początkowego stężenia oraz stężenia jonów wodorowych niezbędnych do zapoczątkowania reakcji (konieczność użycia kwasu).
Mierząc kąt skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego przepuszczonego przez reagującą mieszaninę umieszczoną w rurce polarymetrycznej możemy śledzić szybkość reakcji hydrolizy sacharozy (kąt skręcenia światła spolaryzowanego jest liniową funkcją stężenia substratu). Jeżeli przyjmiemy że:
α0 - kąt skręcenia płaszcz. Przed zapoczątkowaniem reakcji
α∞ - kąt skęcenia po zakończeniu reakcji
αt - kąt skręcenia w chwili t od zapoczątkowania reakcji
to c°A = u(α0 - α∞)
cA = u (αt - α∞)
po podstawieniu do wzoru na stałą szybkości reakcji dla r. pierwszego rzędu otrzymujemy wzór dzięki któremu obliczymy stałą szybkości reakcji inwersji sacharozy:
(1)
WYKONANIE ĆWICZENIA:
Układ doświadczalny składał się z: polarymetru, kolby Erlenmayera na 100cm3, kwas solny 2mol∙dm-3; waga analityczna, sacharoza, pipety o objętości 25cm3, stopera
Przygotowanie roztworu sacharozy - do 60cm3 wody destylowanej umieszczonej w erlenmajerce wsypano 40g odważonej sacharozy (roztwór 40%) i dokładnie wymieszano!
Próbka kontrolna - do 25cm3 40% roztworu sacharozy umieszczonego w czystej kolbie wprowadzono za pomocą pipety 25cm3 wody destylowanej, dokladnie wmieszano i wypełniono otrzymanym roztworem rurkę polarymetryczną. Zmierzono początkową wartość kąta skręcenia (α0)
Roztwór właściwy - 25cm3 roztworu sacharozy umieszczono za pomocą pipety w czystej kolbie stożkowej. Następnie za pomoca czystej pipety odmierzono taka samą objętość kwasu solnego i wprowadzono do kolby z roztworem. W tym momencie włączono stoper, który mierzył dokładny czas trwania reakcji.
Otrzymany roztwór wprowadzono do rurki polarymetrycznej, którą uprzednio opróżniono i oczyszczono. Rurkę umieszczono w polarymetrze. Odczytując na stoperze czas reakcji mierzono wartość kąta skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego, co 10 minut. Wyniki zestawiono w tabeli 1.
Obliczono wartości stałej szybkości reakcji ze wzoru (1) dla każdego pomiaru
Sporządzono wykres zależności
od czasu reakcji t a następnie wyznaczono stałą szybkości k, której wartość równa jest tangensowi kąta nachylenia otrzymanej prostej.
OBLICZENIA i OPRACOWANIE WYNIKÓW
kąt skręcenia światła spolaryzowanego po zakończeniu reakcji obliczamy ze wzoru
Tabela1. Zestawienie wyników
Czas trwania reakcji t [min] |
α0 |
αt |
α∞ |
(α0 - α∞) |
(αt - α∞) |
Stała szybkości reakcji k |
|
|
|
|
|
|
|
SPOSTRZEŻENIA i WNIOSKI
maximum record size = 21
record size = 0