(1)
ĆWICZENIE 22: KINETKA HYDROLIZY ESTRU
WSTĘP
Kinetyka zajmuje się zmiennością w czasie reagujących układów chemicznych. Badania kinetyczne dostarczają informacji o przebiegu reakcji chemicznych oraz stanowią podstawę technologicznego projektowania reaktorów.
Wyniki pomiarów kinetycznych opisujemy równaniami , które w większości przypadków wyrażają zależność szybkości reakcji r od stężeń reagentów i od temperatury. Jeśli chcemy znać nie tylko postać równań kinetycznych , lecz również zrozumieć ich powiązanie z molekularnym przebiegiem reakcji , musimy poznać przebieg reakcji. Przez pojęcie „mechanizm reakcji” rozumie się najczęściej ustalenie sekwencji aktów elementarnych i identyfikację nietrwałych produktów pośrednich , a rzadziej wyjaśnienie zmian struktury zachodzących w czasie aktu elementarnego.
Szybkość homogenicznej reakcji chemicznej r definiujemy jako zmianę stężenia - c w czasie - t
(1)
i jest ona wielkością intensywną. W przypadku gdy stężenie odnosi się do substratów w równaniu (1) dopisujemy znak minus.
Centralnym problemem kinetyki chemicznej jest znalezienie równania kinetycznego
r = f (ci , T) (2)
gdzie T jest temperaturą bezwzględną. Po rozdzieleniu zmiennych szybkość nieodwracalnej reakcji chemicznej r wyraża równanie:
r = k(T)⋅f(ci) (3)
gdzie współczynnik k(T) zwany stałą szybkości reakcji jest niezależny od stężeń reagentów , zależy natomiast od temperatury. W pewnych przypadkach funkcja f(ci) może też zależeć od temperatury.
Stała szybkości reakcji zależy wykładniczo od temperatury (równanie Arrheniusa)
(4)
gdzie R jest stałą gazową , E - energią aktywacji , a A - czynnikiem przedwykładniczym. Równanie Arrheniusa jest równaniem wykładniczym , co wskazuje na znaczny wpływ temperatury na szybkość rekcji chemicznej. Im większa energia aktywacji tym większy jest ten wpływ. Logarytmując równanie Arrheniusa otrzymujemy
(5)
W celu wyznaczenia stałych E i A bada się szybkość reakcji w różnych temperaturach , a znalezione stałe szybkości reakcji k przedstawia się na wykresie w układzie współrzędnych : logarytm k - odwrotność temperatury bezwzględnej.
Szybkość pewnych reakcji jest większa w obecności katalizatora. Katalizatorami nazywamy substancje przyspieszające reakcje chemiczne , pozostające w niezmienionej ilości po zakończeniu reakcji. Charakterystyczne jest przy tym , że bardzo małe ilości substancji katalitycznej , w porównaniu z substratami , mogą mieć bardzo silny wpływ na szybkość reakcji. Katalizator nie zmienia stanu równowagi termodynamicznej reakcji , tzn. jeżeli dana substancja katalizuje reakcję odwracalną w jednym kierunku to katalizuje także reakcję odwrotną.
OPRACOWANIE WYNIKÓW
Otrzymane wyniki zestawiamy w tabeli:
L0 = 2,45 [mS] L∞ = 1,06 [mS] c0 = 0,01 [mol/dm3]
Lp. |
Godzina pomiaru |
Czas trwania reakcji [min] |
t2 |
L [mS] |
L0-L [mS] |
L-L∞ [mS] |
|
|
ty |
1. |
09:20 |
5 |
25 |
2,05 |
0,4 |
0,99 |
0,4040 |
40,404 |
202,020 |
2. |
09:25 |
10 |
100 |
1,98 |
0,47 |
0,92 |
0,5109 |
51,087 |
510,870 |
3. |
09:30 |
15 |
225 |
1,85 |
0,6 |
0,79 |
0,7595 |
75,949 |
1139,241 |
4. |
09:45 |
25 |
625 |
1,62 |
0,83 |
0,56 |
1,4821 |
148,214 |
3705,357 |
5. |
09:55 |
35 |
1225 |
1,52 |
0,93 |
0,46 |
2,0217 |
202,174 |
7076,087 |
6. |
10:05 |
45 |
2025 |
1,48 |
0,97 |
0,42 |
2,3095 |
230,952 |
10392,857 |
|
|
∑ |
4225 |
|
|
|
|
∑ |
23026,43 |
2. Wykreślamy zależność
i określamy stałą szybkości reakcji hydrolizy estru wyznaczając współczynnik kierunkowy tak powstałej prostej :
a) graficznie
współczynnik kierunkowy odczytany z wykresu wynosi
k = 5,2033 [1/min]
b) metodą najmniejszych kwadratów
[1/min]
