Numer ćwiczenia: 10	Temat ćwiczenia: Wyznaczanie stałej szybkości zmydlania estru z pomiarów przewodnictwa.	Data wykonania ćwiczenia: 30.10.2007
				Data oddania sprawozdania: 6.11.2007
Grupa:	Imię i nazwisko:	Nazwisko sprawdzającego: Dr B. Gzyl - Malcher
Uwagi:		Ocena:

1. Cel ćwiczenia:

Celem przeprowadzonego ćwiczenia było wyznaczenie stałej szybkości zmydlania estru na podstawie pomiarów przewodnictwa roztworu. Pomiarów tych dokonywano na różnych etapach przebiegu reakcji, tzn. przed jej rozpoczęciem, w trakcie jej trwania oraz po jej zakończeniu.

W początkowej fazie ćwiczenia zmierzono przewodnictwo roztworu KCl w celu wyznaczenia stałej naczyńka pomiarowego (L_KCl), następnie dokonano pomiarów dla wodnego roztworu NaOH (L₀) oraz mieszaniny NaOH i estru. Roztwór ogrzano w celu przyspieszenia zakończenia reakcji i zmierzono jego przewodnictwo (L_∞).

2. Przebieg ćwiczenia:

1. Zmierzono przewodnictwo 0,01-molowego roztworu KCl (L_KCl).

2. Zmieszano 25cm³ 0,05-molowego roztworu NaOH i 20 cm³ wody destylowanej. Zmierzono przewodnictwo otrzymanego roztworu (L₀).

3. Sporządzono roztwór estru poprzez rozcieńczenie 0,4cm³ roztworu octanu etylu wodą destylowaną w kolbie miarowej na 100cm³.

4. Zmieszano 25cm³ roztworu NaOH oraz 20cm³ otrzymanego roztworu estru. Przewodnictwo mieszaniny mierzono co minutę przez 20 minut, za czas zerowy przyjmując moment zmieszania obu roztworów.

5. Mieszaninę zasady i estru ogrzano pod przykryciem , ochłodzono i zmierzono jej przewodnictwo (L_∞).

3. Wyniki ćwiczenia:

Wyniki przeprowadzonego ćwiczenia zebrano w poniższej tabeli:

(w Załączniku nr 1 zamieszczono kopię wyników spisanych podczas wykonywania ćwiczenia)

T = 294 [K]			T = 302 [K]
t [min]	L [1/Ω]	κ [1/Ω·cm]	t [min]	L [1/Ω]	κ [1/Ω·cm]
0	5,75	0,00566	0	5,51	0,00542
1	5,37	0,00528	1	5,31	0,00523
2	5,13	0,00505	2	5,11	0,00503
3	4,99	0,00491	3	4,87	0,00479
4	4,83	0,00475	4	4,75	0,00467
5	4,6	0,00453	5	4,64	0,00457
6	4,49	0,00442	6	4,54	0,00447
7	4,39	0,00432	7	4,46	0,00439
8	4,31	0,00424	8	4,39	0,00432
9	4,25	0,00418	9	4,33	0,00426
10	4,19	0,00412	10	4,28	0,00421
11	4,14	0,00407	11	4,24	0,00417
12	4,09	0,00402	12	4,20	0,00413
13	4,06	0,004	13	4,17	0,0041
14	4,01	0,00395	14	4,14	0,00407
15	3,98	0,00392	15	4,11	0,00404
16	3,95	0,00389	16	4,09	0,00402
17	3,93	0,00387	17	4,07	0,004
18	3,90	0,00384	18	4,05	0,00399
19	3,88	0,00382	19	4,04	0,00398
20	3,85	0,00379	20	4,03	0,00397
∞	3,37	0,00332	∞	3,24	0,00319

4. Opracowanie wyników:

Na podstawie pomiarów przewodnictwa 0,01-molowego roztworu KCl obliczono stałą naczyńka do pomiaru przewodnictwa, korzystając z poniższego wzoru:

Wartość K_KCl w temperaturze pomiaru odczytano z tabeli zamieszczonej
w opracowaniu do ćwiczenia Zależność przewodnictwa od stężenia:

Przewodnictwo właściwe badanych roztworów obliczono na podstawie wzoru:

Korzystając z poniższych wzorów, obliczono stężenia a, x i b:

Gdzie a to stężenie zasady;

b - stężenie estru;

x - stężenie anionu CH₃COO^-.

Występujące w tych równaniach wielkości λ obliczono na podstawie równoważnikowych przewodnictw jonowych w rozcieńczeniu nieskończenie wielkim, przeliczonych na temperaturę, w której były wykonane pomiary:

Wartości λ i β obecnych w roztworze jonów zostały odczytane z tabeli zamieszczonej ćwiczeniu Zależność przewodnictwa od stężenia.

• Dla T = 294K:

• Dla T = 302K:

Następnie obliczono wartości stałej szybkości reakcji na podstawie wzoru:

Wyniki obliczeń zebrano w tabeli:

T = 294 [K]			T = 302 [K]
t [s]	x [mol/dm^3]	k [dm^3/mol·s]	t [s]	x [mol/dm^3]	k [dm^3/mol·s]
60	0,00257	0,12393	60	0,01161	3,01666
120	0,0042	0,11192	120	0,02321	-1,9389
180	0,00515	0,09757	180	0,03714	-0,6123
240	0,00623	0,09594	240	0,0441	-0,4063
300	0,00779	0,10905	300	0,05048	-0,3017
360	0,00854	0,10658	360	0,05629	-0,2393
420	0,00922	0,1054	420	0,06093	-0,1987
480	0,00976	0,10338	480	0,06499	-0,1699
540	0,01016	0,10016	540	0,06847	-0,1484
600	0,01057	0,09833	600	0,07137	-0,1319
660	0,01091	0,0962	660	0,07369	-0,1187
720	0,01125	0,09501	720	0,07602	-0,1079
780	0,01145	0,09178	780	0,07776	-0,099
840	0,01179	0,09205	840	0,0795	-0,0914
900	0,01199	0,09006	900	0,08124	-0,0848
960	0,0122	0,08859	960	0,0824	-0,0792
1020	0,01233	0,08614	1020	0,08356	-0,0743
1080	0,01254	0,08549	1080	0,08472	-0,0699
1140	0,01267	0,08377	1140	0,0853	-0,0661
1200	0,01287	0,08381	1200	0,08588	-0,0627
kśr [dm^3/mol·s]		0,09726	kśr [dm^3/mol·s]		-0,0992

N podstawie powyższych danych wykreślono krzywe obrazujące zależność
.

Współczynniki kierunkowe otrzymanych prostych (A) są równe co do wartości k(a-b). Wynika stąd, że stałe szybkości reakcji wyznaczone metoda graficzną wynoszą:

5. Podsumowanie:

Podczas ćwiczenia wykonano pomiary przewodnictwa roztworu w odpowiednich czasach. Z obliczonych wartości stężeń zasady sodowej, estru oraz powstającego anionu octanowego wyliczono stałą szybkości reakcji zmydlania estru. Stałą tą wyznaczono także graficznie.

Średnia stała szybkości reakcji otrzymana metodą rachunkową dla temperatury kolejno 21 i 29ºC wynosi 0,09726dm³/mol·s oraz -0,0992dm³/mol·s. Stałe szybkości otrzymane metodą graficzną wynoszą odpowiednio 0,08125dm³/mol·s i -0,0128dm³/mol·s. Stałe odpowiadające temperaturze 294K różnią się tylko w niewielkim stopniu, natomiast
w przypadku temperatury 303K różnica ta jest dość znaczna.

Przyczyną tej różnicy może być zmiana warunków układu w trakcie trwania reakcji, np. niestałość temperatury (29°C wynosiła ona na początku wykonywania pomiarów,
w takcie ich trwania prawdopodobnie uległa zmianie), na co wskazywać mogą min. odstępstwa od liniowego charateru wykresu
, ponieważ stała szybkości reakcji w dużym stopniu zależy od temperatury. Przyczyną rozbieżności w otrzymanych wynikach może być również niedokładny pomiar czasu. Należy zwrócić uwagę, że reakcja biegnie szybko i niewielka różnica czasu znacznie wpływa na otrzymane wyniki.

Na podstawie średnich wartości stałej szybkości reakcji w dwóch różnych temperaturach można obliczyć, opierając się na równaniu Arrheniusa, energię aktywacji reakcji zmydlania estru:

W tym przypadku nie było możliwe obliczenie energii aktywacji, ponieważ wielkość k₂ przyjmuje ujemną wartość, a nie istnieje logarytm z liczby ujemnej.

1

---