40, Chemia fizyczna

Gawroński Wojciech

III rok chemii inf.

WYZNACZANIE STAŁEJ SZYBKOŚCI I RZĘDU REAKCJI

Celem ćwiczenia jest określenie przy pomocy metody fotometryczynej rzędu reakcji oraz wyznaczenie stałej szybkości reakcji i czasu połowicznej przemiany dla reakcji rozkładu szczawianu manganu.

Wykonanie ćwiczenia:

Spekol włączamy do sieci. Aparat powinien nagrzewać się minimum 30 minut przed rozpoczęciem pomiarów.

Nastawiamy długość fali 440 nm. Zerujemy przyrząd. Wkładamy kuwetę z cieczą wzorcową (wodą) w bieg wiązki światła, następnie wprowadzamy badaną próbkę w bieg wiązki światła. Odczytujemy ekstynkcję E. Sporządzamy roztwory wyjściowe reagentów. W tym celu 2 cm³ 0.1 M roztworu MnSO₄ mieszamy z 14 cm³ 0.1 M roztworu H₂C₂O₄ (roztwór 1). Do 8 cm³ tego roztworu wlewamy 2 cm³ 0.01M KMnO_4.Zmiana zabarwienia roztworu wynika z reakcji:

4 Mn⁺² +MnO^-₄ +15 C₂O₄ ^-2 + 8H⁺ =5[Mn(C₂O₄)₃]^-3 +4 H₂O

Po zmieszaniu roztworu 1 z 2 cm³ 0.01 M KmnO₄ (t=0) otrzymany roztwór szybko wlewamy do przygotowanej kuwety i mierzymy ekstynkcję roztworu, co 1minutę. Pomiary przerywamy, gdy wartość spadnie poniżej 0.1. Pierwszy pomiar E przeprowadzamy dla t=1 min. Serię pomiarów powtarzamy dla mniejszego stężenia reagentów. W tym celu pozostałe 8 cm³ roztworu 1 mieszamy z 1 cm³ roztworu KMnO₄.

OPRACOWANIE WYNIKÓW:

Rozpad kompleksowego anionu szczawianu manganu przebiega według reakcji:

2[Mn(C₂O₄)₃]^-3 =2Mn⁺²+ 5 C₂O₄^-2 +CO₂

Z równania stechiometrycznego reakcji możemy przypuszczać, że reakcja rozpadu szczawianu manganu jest reakcją pierwszego rzędu, dlatego też sprawdzamy czy spełnione jest dla niej równanie kinetyczne dla reakcji pierwszorzędowych:

lnc₀/c=k*t (1)

gdzie:c₀ - stężenie początkowe kompleksu

c - stężenie kompleksu po czasie t

t - czas przebiegu reakcji w (sec)

k -stała szybkości reakcji

Kinetykę rozpadu barwnego anionu na bezbarwne produkty śledzimy metodą spekrtrofotometryczną przez pomiar ekstynkcji w czasie.

Ponieważ ekstynkcja E jest proporcjonalna do stężenia barwnych jonów w roztworze

E=
(2)

gdzie:

-molowy dziesiętny współczynnik ekstynkcji

d -grubość warstwy absorbującego roztworu

W równaniu 1 stężenie można zastąpić bezpośrednio mierzalną wartością E i równanie to przybierze wtedy postać:

lnE₀/E=k*t (3)

gdzie:E₀ -wartość ekstynkcji roztworu dla t=0

E -wartość ekstynkcji roztworu po czasie t [s]

Równanie (3) możemy przedstawić w formie wykładniczej

log E =log E₀ -(k*t)/2.303 (4)

Z równania (4) możemy znaleźć wyrażenie na tzw. czas połówkowy reakcji, to znaczy czas po upływie, którego stężenie substratu spada do połowy jego stężenia początkowego.

=ln2/k (5)

Przy pomocy równania (3) możemy w prosty sposób sprawdzić czy reakcja rozpadu szczawianu manganu jest reakcją pierwszego rzędu.

W tym celu sporządzamy wykres zależności log E od t [s] dla każdej serii pomiarowej i metodą najmniejszych

Kwadratów określamy parametry równania 4. Wartość k obliczamy z nachylenia prostej log E=f(t) dla każdej serii,

Następnie wyznaczamy średnią wartość k oraz czas połowicznej przemiany
na podstawie równania 5.

t[s]	E	logE	E2	log(E2)
60	1,336	0,125806	0,681	-0,16685
120	1,248	0,096215	0,642	-0,19246
180	1,166	0,066699	0,603	-0,21968
240	1,092	0,038223	0,556	-0,25493
300	1,022	0,009451	0,512	-0,29073
360	0,958	-0,01863	0,468	-0,32975
420	0,898	-0,04672	0,422	-0,37469
480	0,832	-0,07988	0,382	-0,41794
540	0,788	-0,10347	0,343	-0,46471
600	0,736	-0,13312	0,306	-0,51428
660	0,689	-0,16178	0,273	-0,56384
720	0,645	-0,19044	0,242	-0,61618
780	0,604	-0,21896	0,214	-0,66959
840	0,567	-0,24642	0,188	-0,72584
900	0,53	-0,27572	0,164	-0,78516
960	0,495	-0,30539	0,142	-0,84771
1020	0,463	-0,33442	0,121	-0,91721
1080	0,431	-0,36552	0,105	-0,97881
1140	0,42	-0,37675
1200	0,375	-0,42597
1260	0,349	-0,45717
1320	0,325	-0,48812
1380	0,303	-0,51856
1440	0,281	-0,55129
1500	0,26	-0,58503
1560	0,242	-0,61618
1620	0,224	-0,64975
1680	0,207	-0,68403
1740	0,192	-0,7167
1800	0,177	-0,75203
1860	0,164	-0,78516
1920	0,152	-0,81816
1980	0,14	-0,85387
2040	0,129	-0,88941
2100	0,119	-0,92445
2160	0,109	-0,96257
2220	0,101	-0,99568