tHubert Kowalczyk

Wpływ rodzaju kwasu na szybkość inwersji sacharozy Ćwiczenie nr 18
Data wykonania ćwiczenia 29.04.2004	Zaliczenie	Potwierdzenie zdania sprzętu

Tabela wyników

Katalizator: HCl (c= 1mol/dm³) Stała dysocjacji HCl: K_a = 10⁷ mol/dm³

t [min]	t [s]	αt [deg]		kobl [S^-1]	kobl [S^-1]	Kgraf [S^-1]	Knum [S^-1]
10
20
30
45
60
75
90
105

Tabela wyników

Katalizator: H₂SO₄ (c= 0,5mol/dm³) Stała dysocjacji H₂SO₄: K_a = 10⁷ mol/dm³

t [min]	t [s]	αt [deg]		kobl [S^-1]	kobl [S^-1]	Kgraf [S^-1]	Knum [S^-1]
10
20
30
45
60
75
90
105

Temperatura otoczenia t_p [^oC] = ...........................

Zarys teoretyczny:

Reakcja inwersji sacharozy jest typowym przykładem katalizy kwasowej, w której rolę katalizatora spełniają jony wodorowe (H⁺).W trakcie przebiegu tej reakcji w roztworze wodnym, sacharoza (S) rozpada się na dwa cukry proste glukozę (G) i fruktozę (F), które tworzą tzw. cukier zinwertowany (B). Badania mechanizmu reakcji inwersji sacharozy wykazały, że zachodzi ona w dwóch etapach:

1. Tworzenie produktu pośredniego (kompleksu SH⁺) sacharozy z jonami wodorowymi zgodnie z równaniem

gdzie k₁,k₂ - stałe szybkości reakcji tworzenia i rozpadu kompleksu (SH⁺), v₁,v₂ - szybkości tych reakcji

2. Tworzenie cukru zinwertowanego (B) według równania:

gdzie k₁,v₂ - stała szybkości i szybkość reakcji tworzenia cukru zinwertowanego

Utworzony produkt pośredni (SH⁺) jest bardzo reaktywny i z dużą stałą szybkości rozpada się na produkty końcowe reakcji. W celu wyznaczenia stężeń [SH⁺] stosuje się metodą stanu stacjonarnego (zasada Bodensteina) która zakłada, że stężenie produktu przejściowego jest zawsze bardzo mała (może być on np. niewykrywalny). Szybkość wzrostu jego stężenia musi być również mała. Można więc założyć, że wypadkowa szybkość powstawania kompleksu v_SH+ jest równa zeru, czyli:

Szybkość tę można powiązać z wcześniej zdefiniowanymi pojęciami - v₁,v_-1,v₂ następującą zależnością v_SH+ = v₁ - v_-1­, -v₂. Stąd

Wyrażenia: [S],[H⁺],[SH⁺],[H₂O] oznaczają stężenia poszczególnych reagentów. Z ostatniego równania można wyznaczyć stężenie kompleksu [SH⁺], które wynosi:

OPRACOWANIE I DYSKUSJA WYNIKÓW POMIARÓW

1. Jako pierwsze obliczyłem kąt skręcania płaszczyzny światła w momencie zakończenia reakcji inwersji
   z empirycznej zależności

2. Następnie obliczyłem wartość
   oraz stałą szybkości k_obl dla poszczególnych pomiarów i wyniki zamieściłem w tabeli na początku sprawozdania

i

3. Potem sporządziłem wykresy dla obydwu pomiarów. Wykres dołączyłem na końcu sprawozdania

4. Wyznaczyłem metodą graficzną i metodą najmniejszych kwadratów stałą szybkości. Wyniki zamieściłem w tabeli na początku sprawozdania.

Wnioski

1. Działanie katalityczne kwasu zależy od łatwości odszczepiania protonu tzn. od stałej równowagi dysocjacji , a nie od rodzaju kwasu

2. Lepszym katalizatorem jest kwas solny, ponieważ ma wyższą stałą dysocjacji niż kwas siarkowy. Potwierdzają to także stałe szybkości jakie otrzymałem.

3. Kinetykę procesu inwersji sacharozy bada się wykorzystując pomiar kąta skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego. Sacharoza jest prawoskrętna, natomiast cukier zinwertowany lewoskrętny.

---