Numer ćwiczenia: 9	Temat ćwiczenia: Szybkość inwersji sacharozy	Data wykonania ćwiczenia: 17.12.2013r.
				Data oddania sprawozdania: 07.01.2014r.
Grupa: A2	Góralik Monika	Nazwisko sprawdzającego: dr Tomasz Uchacz
Uwagi:		Ocena:

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było wyznaczenie stałych szybkości inwersji sacharozy do glukozy i fruktozy oraz zbadanie, jaki wpływ na szybkość tej reakcji miało wpływ stężenie katalizatora (HCl).

2. Wykonanie.

• Sporządzono 20% roztwór sacharozy poprzez odważenie 20 g tego cukru, przeniesienie go do kolby na 100 cm³ i dolanie wody destylowanej do kreski

• Do rurek dwóch polarymetrów (Optical Activity AA-65 i Atago AP-300) wlano roztwór sacharozy i zmierzono jego kąt skręcenia na obu urządzeniach

• W zlewkach zmieszano ze sobą po 12 cm³ roztworu sacharozy i 12 cm³ kwasu solnego
  o stężeniach 1 i 2M, następnie wlano je do rurek polarymetrów i odczytywano co 10 minut kąt skręcenia światła (czas pomiaru - 1 godzina, czas zerowy - zmieszanie roztworów)

• Po dokonaniu pomiarów dla niższych stężeń HCl dokonano pomiarów dla wyższych stężeń -
  w zlewkach zmieszano ze sobą po 12 cm³ roztworów sacharozy i kwasu solnego o stężeniach
  3 i 4 M, wlano mieszaniny do rurek polarymetrów i odczytywano co 5 minut kąt skręcenia światła (czas pomiaru - 0,5 godziny)

3. Wyniki.

Tabela1.: wyniki pomiarów dla katalizatora o stężeniu 1 M

t [min]	αt [°]	αt-α∞[°]	ln(αt-α∞)
0	13,48	17,87448	2,88337
10	12,32	16,71448	2,81628
20	11,70	16,09448	2,77848
30	11,01	15,40448	2,73466
40	10,27	14,66448	2,68543
50	9,51	13,90448	2,63221
60	8,73	13,12448	2,57448

Urządzenie pomiarowe: polarymetr Optical Activity AA-65

Tabela2.: wyniki pomiarów dla katalizatora o stężeniu 2 M

t [min]	αt [°]	αt-α∞[°]	ln(αt-α∞)
0	13,23	17,54298	2,86465
10	10,11	14,42298	2,66882
20	8,03	12,34298	2,51309
30	6,25	10,56298	2,35736
40	4,73	9,04298	2,20199
50	3,41	7,72298	2,04420
60	2,24	6,55298	1,87992

Urządzenie pomiarowe: polarymetr Atago AP-300

Tabela3.: wyniki pomiarów dla katalizatora o stężeniu 3 M

t [min]	αt [°]	αt-α∞[°]	ln(αt-α∞)
0	13,48	17,87448	2,88337
5	11,11	15,50448	2,74113
10	9,19	13,58448	2,60893
15	7,26	11,65448	2,45569
20	5,51	9,90448	2,29299
25	3,92	8,31448	2,11800
30	2,73	7,12448	1,96354

Urządzenie pomiarowe: polarymetr Optical Activity AA-65

Tabela4.: wyniki pomiarów dla katalizatora o stężeniu 4 M

t [min]	αt [°]	αt-α∞[°]	ln(αt-α∞)
0	13,23	17,54298	2,86465
5	9,31	13,62298	2,61176
10	6,39	10,70298	2,37052
15	3,98	8,29298	2,11541
20	2,10	6,41298	1,85832
25	0,57	4,88298	1,58576
30	-0,60	3,71298	1,31183

Urządzenie pomiarowe: polarymetr Atago AP-300

Temperatura pomiaru: 22,8 °C

Odczyty wartości z polarymetrów dla niezinwertowanego cukru równały się dwukrotności α₀ - badane roztwory zostały podwójnie rozcieńczone roztworami HCl.

4. Opracowanie wyników

-Kąt skręcenia cukru zinwertowanego - został on obliczony za pomocą wzoru:

α_∞=-α₀*(0,44-0,005*t_c)

gdzie:

α₀ - kąt skręcenia (dla t=0 min)

t_c - temperatura pomiaru [°C]

Wartości:

α_∞=-13,48*(0,44-0,005*22,8)=-4,39448 (dla pomiaru urządzeniem Optical Activity AA-65)

α_∞=-13,23*(0,44-0,005*22,8)=-4,31298 (dla pomiaru urządzeniem Atago AP-300)

-Stała szybkości inwersji sacharozy - ta reakcja przebiega według wzoru:

_HCl

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆

^{sacharoza glukoza fruktoza}

i można ją uznać na reakcję pierwszego rzędu pomimo tego, że biorą w niej udział dwa rodzaje cząsteczek - stężenie wody jest na tyle wysokie, że można je uznać za stałe. Sacharoza jest prawoskrętna, gdy w formie zinwertowanej (równomolowa mieszanina fruktozy i glukozy) jest lewoskrętna. Kąt skręcenia roztworu podczas powyższej reakcji zmienia się zgodnie z zależnością:

gdzie:

α_t - kąt skręcania w danym czasie t

α₀ - kąt skręcania sacharozy

α_∞ -Kąt skręcania zinwertowanego cukru

c₀ - początkowe stężenie sacharozy

c - stężenie sacharozy po czasie t

Te równanie można przekształcić do postaci:

Wstawiając otrzymany wzór do równania kinetycznego reakcji pierwszego rzędu (scałkowanego
w granicach od t=0 do t i c=c₀ do c):

można otrzymać:

Te równanie można przekształcić do postaci:

ln(α_t-α_∞)=ln(α₀-α_∞)-kt

Powyższemu równaniu, będącym równaniem liniowym, odpowiadają równania umieszczonych poniżej wykresów ln(α_t-α_∞)=f(t), gdzie współczynnik kierunkowy odpowiada liczbie przeciwnej do wartości stałej k (a=-k).

Wykres1.: zależność ln(α_t-α_∞) od czasu (dla C_katalizatora=1 M)

f(t)=-0,00496t+2,87797

a=-0,004957

b=2,877971

k=0,00496 min^-1

Wykres2.: zal
eżność ln(α_t-α_∞) od czasu (dla C_katalizatora=2 M)

f(t)=-0,01612t+2,84513

a=-0,01612

b=2,84513

k=0,01612 min^-1

Wykres3.: zależność ln(α_t-α_∞) od czasu (dla C_katalizatora=3 M)

f(t)=-0,03087t+2,90070

a=-0,03087

b=2,90070

k=0,03087 min^-1

Wykres4.: zależność ln(α_t-α_∞) od czasu (dla C_katalizatora=4 M)

f(t)=-0,05159t+2,87646

a=-0,05159

b=2,87646

k=0,05159 min^-1

Tabela5.: stałe szybkości reakcji dla poszczególnych stężeń katalizatora (HCl)

CHCl [mol/dm^3]	k [min^-1]
1	0,00496
2	0,01612
3	0,03087
4	0,05159

-Wpływ stężenia katalizatora na stałą szybkości inwersji cukru - katalizatorem w tej reakcji jest kwas solny, a właściwie jony H⁺, pochodzące z jego hydrolizy. Stała szybkości reakcji w obecności katalizatora jest wg Ostwalda liniową zależnością od stężenia katalizatora i jest dana równaniem:

k=k₁+k₂c_katalizatora

gdzie k₁ i k₂ to stałe (stała k₁ odpowiada wyrazowi b, stała k₂ - współczynnikowi kierunkowemu a).

Wykres5.: zależność stałej szybkości reakcji inwersji sacharozy od stężenia katalizatora

f(c)=0,015465c-0,01278

k₁=b=-0,01278

k₂=a=0,015465

5. Wnioski.

Podczas tego ćwiczenia zbadano, jak szybko sacharoza ulega inwersji do glukozy i fruktozy podczas hydrolizy katalizowanej kwasem solnym za pomocą polarymetrów. Zauważono, że wraz z postępem reakcji kąt załamania światła w roztworze zmniejszał się - spowodowane jest to tym, że podczas inwersji zmniejsza się stężenie prawoskrętnej D-sacharozy ([α]_D=+66.47°), a zwiększa równomolowej mieszaniny prawoskrętnej D-glukozy i silnie lewoskrętnej D-fruktozy (D-glukoza: [α]_D=+52.5°,
D-fruktoza: [α]_D=−92.4°, stąd dla mieszaniny [α]_D=-39,9°*). Na podstawie wykresu zależności wartości stałej szybkości reakcji od stężenia katalizatora (będącego funkcją liniową) dostrzeżono, że im wyższe jest stężenie katalizatora, tym ta reakcja zachodzi szybciej, a co za tym idzie, stała szybkości reakcji jest większa. Na błędy pomiarowe mogły wpłynąć takie czynniki, jak niedokładność odczytu kąta załamania światła przez polarymetry, różniące się od siebie wartości α₀ niezinwertowanego cukru (odczyt dla polarymetru Optical Activity AA-65 był nieco wyższy niż dla polarymetru Atago AP-300) oraz dość długi czas odczytu drugiego urządzenia (aktualną wartość w danej chwili pomiaru wskazywało dopiero po ok. pół minuty od rozpoczęcia odczytu po wciśnięciu odpowiedniego przycisku).

*wartości skręcalności właściwej cukrów - za: http://en.wikipedia.org/wiki/Specific_rotation

---