Akademia Techniczno - Humanistyczna
w Bielsku-Białej
Inżynieria Środowiska
semestr III
rok 2012/2013









Konduktometryczne badanie
kinetyki hydrolizy estrów

Gr.lab.4

I CZĘŚĆ TEORETYCZNA
Konduktometria – metoda elektroanalityczna oparta na pomiarze przewodności elektrolitów, zmieniającej się wraz ze zmianą stężenia jonów. Pomiarów przewodności roztworu
dokonuje się za pomocą konduktometrów. Na podstawie tych wyników określa się stężenie badanego roztworu w odniesieniu do danych wzorcowych.
Kinetyka chemiczna – dział chemii fizycznej obejmujący badanie szybkości, z jaką zachodzą reakcje chemiczne. Do pomiaru zmiany składu mieszaniny reakcyjnej w czasie wykorzystuje się metody doświadczalne. Pomiar może być prowadzony w sposób ciągły lub okresowy
(w określonych odstępach czasu). Techniki wykorzystywane w badaniach kinetyki chemicznej różnią się w zależności od szybkości reakcji i rodzaju badanych reagentów.
Szybkość reakcji zmienia się zwykle w czasie jej trwania, ze względu na zmiany stężeń reagentów. Z tego względu określa się szereg chwilowych szybkości reakcji względem danego reagenta, będących zmianą jego stężenia w czasie mierzoną w określonych momentach trwania reakcji. 
Równanie kinetyczne jest to doświadczalnie (empirycznie) wyznaczona zależność szybkości reakcji od stężeń reagentów uczestniczących w reakcji, włączając także jej produkty. Zależność ta nie zawsze jest zgodna z zależnością stechiometryczną zbilansowanego równania chemicznego – może być bardziej skomplikowana ze względu na mechanizm, według którego zachodzi.
Stałe szybkości reakcji (k) są współczynnikami proporcjonalności w równaniu kinetycznym, łączącymi szybkość reakcji ze stężeniami reagentów. Stałe te są zależne od temperatury i mają jednostkę zależną od postaci równania kinetycznego.
Hydroliza estrów jest reakcją katalizowaną kwasami lub zasadami. Reakcja katalizowana kwasami jest odwracalna, w obecności kwasów prowadzi się przecież syntezę estrów z kwasów i alkoholi. Zasady nie tylko katalizują hydrolizę, ale w ilościach stechiometrycznych są zużywane w reakcji nieodwracalnej.
Reakcja hydrolizy estrów katalizowana zasadami jest reakcją drugiego rzędu i jej szybkość zależy zarówno od stężenia estru, jak i jonów OH^-.
Stechiometryczne równanie zasadowej hydrolizy (zmydlania) estru można zapisać następująco:

                            CH3COONa + H2O ⇌ CH3COOH + NaOH

Niewiele reakcji przebiega w jednym etapie, zgodnie z zapisem stechiometrycznym. O ich szybkości decyduje etap najwolniejszy, co powoduje, że równanie kinetyczne reakcji nie może być wyprowadzane z równania stechiometrycznego, lecz ustalane jest na podstawie wyników badań kinetycznych.
W wyniku reakcji następuje m.in. zastępowanie bardzo ruchliwego jonu OH^- kilkakrotnie mniej ruchliwym jonem CH₃COO^-, co daje możliwość dogodnego śledzenia kinetyki reakcji metodą konduktometryczną.

II WYNIKI POMIARÓW I OBLICZENIA

Tabela pomiarowa.

Lp.	t [min]	Rt [Ω]	Λt [1/Ω]	Λ0- Λt [1/Ω]	Λt- Λ∞ [1/Ω]	k $\left\lbrack \frac{\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{mol min}} \right\rbrack$
1	2	80,52	0,01242		0,00818
2	4	89,85	0,01113		0,00689
3	6	93,20	0,01073		0,00649
4	8	95,45	0,01048		0,00624
5	10	98,62	0,01014		0,00590
6	15	104,49	0,00957		0,00533
7	20	106,95	0,00935		0,00511
8	25	111,48	0,00897		0,00473
9	30	112,23	0,00891		0,00467
10	35	113,38	0,00882		0,00458

Λ₀ = 0,0000597 [1/Ω]
Λ_∞ = 4,24 [mS] = 0,00424 [1/Ω]
a = 0,1 [mol/dm³]

Przykładowe obliczenia po czasie 2 minut:

$$\Lambda_{t} = \frac{1}{0,01242} = 80,52\ \lbrack\mathrm{\Omega}\rbrack$$

$$\Lambda_{0} - \Lambda_{t} = \ \ = \ \left\lbrack \frac{1}{\mathrm{\Omega}} \right\rbrack$$

$${\Lambda_{\infty} - \Lambda}_{t} = 0,01242 - 0,00424 = 0,00818\ \left\lbrack \frac{1}{\mathrm{\Omega}} \right\rbrack$$

Obliczenie stałej szybkości reakcji według wzoru:

$$k = \frac{x}{t a (a - x)} = \frac{\Lambda_{0} - \Lambda_{t}}{a (\Lambda_{\infty} - \Lambda_{t})} = \frac{}{0,1 (0,01242 - 0,00424)} = \left\lbrack \frac{\text{dm}^{3}}{\text{mol} \min} \right\rbrack$$

Wartość średnia k = [dm³/mol·min]


III WNIOSKI