Część teoretyczna

Badanie kinetyki reakcji chemicznej polega na określeniu wpływu stężenia reagentów, rodzaju rozpuszczalnika, temperatury reakcji oraz charakteru i stężenia katalizatora na szybkość danego procesu. Przykładem reakcji katalizowanej jest reakcja jodowania acetonu, która przebiega z zauważalną szybkością w zasadowym lub kwasowym środowisku.

Aceton pod wpływem katalizatora kwasowego szybko tworzy związek przejściowy, który w drugim, wolno biegnącym etapie reakcji ulega przemianie w formę emolową. Przyłączenie jodu do powstającego enolu zachodzi bardzo szybko. Szybkość jodowania acetonu, uwarunkowana kinetyką etapu najwolniejszego jest zatem proporcjonalna do stężenia acetonu i stężenia jonów wodorowych, a nie zależy od stężenia jodu. W chwili początkowej szybkość procesu jest mała, następnie rośnie, ponieważ w czasie biegu reakcji wzrasta stężenie jonów wodorowych, katalizujących reakcję. Przebieg tej autokatalitycznej reakcji można opisać równaniem kinetycznym reakcji drugiego rzędu, jeżeli stężenie początkowe kwasu solnego jest znacznie większe od stężenia acetonu. Stała szybkości reakcji jodowania acetonu, autokatalizowanej przez jony wodorowe, wygląda następująco:

Gdzie:

k - stała szybkości reakcji

a - stężenie początkowe acetonu

x - ubytek stężenia acetonu lub przyrost stężenia produktu po czasie t

b - stężenie obecnego w roztworze katalizatora w chwili rozpoczęcia reakcji

(b+x) - stężenie katalizatora po czasie x.

Stała szybkości reakcji chemicznej rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Zależność tę przedstawia równanie Arrheniusa, które przedstawione w postaci logarytmicznej i odniesione do stałych szybkości w odpowiednich temperaturach można zapisać:

Występująca w równaniu energia aktywacji oznacza energię, którą muszą posiadać cząsteczki reagujące, aby zderzenia tych cząsteczek były skuteczne i prowadziły do przemiany chemicznej.

Część obliczeniowa

1. Obliczam stężenie początkowe acetonu i stężenie początkowe kwasu solnego znając objętości i stężenie substratów wziętych do reakcji:

i

W T=293 K

W T=303 K

2. Obliczam stężenie produktu x zgodnie ze wzorem:

W T=293 K

W T=303 K

3. Wyznaczam stałe szybkości reakcji jodowania acetonu w dwóch temperaturach

• obliczam
  dla wszystkich wartości t

W T=293 K

dla t₁ ln = 0,0032

dla t₂ ln = 0,0067

W T=303 K

dla t₁ ln = 0,0124

dla t₂ ln = 0,0212

• wyznaczam metodą graficzną współczynniki kierunkowe prostych:

B₂₉₃

x₁=250

y₁=0,0007

x₂=6000

y₂=0,0175

B₂₉₃ = tgα = Δy/Δx = 0,0168/5750 = 2,92*10^-6 [s^-1]

B₃₀₃

x₁=500

y₁=0,0050

x₂=6250

y₂=0,0630

B₃₀₃ = tgα = Δy/Δx = 0,058/5750 = 1,009*10^-5 [s^-1]

• obliczam stałe szybkości jodowania acetonu korzystając z zależności:

[s^-1dm³mol^-1]

[s^-1dm³mol^-1]

4. Obliczam energię aktywacji jodowania acetonu wykorzystując równanie:

[J/mol]

Wnioski

Temperatura ma znaczny wpływ na szybkość reakcji: im wyższa jest energia aktywacji tym wpływ temperatury na szybkość reakcji jest większy. Wyliczona przeze mnie energia aktywacji wynosi: 91804,599 J/mol. Stała szybkości reakcji chemicznej rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Szybkość reakcji autokatalitycznej zależy również od początkowego stężenia katalizatora w stosunku do początkowego stężenia substratu.

---