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 (c_i , T) (2)

gdzie T jest temperaturą bezwzględną. Po rozdzieleniu zmiennych szybkość nieodwracalnej reakcji chemicznej r wyraża równanie:

r = k(T)⋅f(c_i) (3)

gdzie współczynnik k(T) zwany stałą szybkości reakcji jest niezależny od stężeń reagentów , zależy natomiast od temperatury. W pewnych przypadkach funkcja f(c_i) 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]	t^2	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]

---