fizyczna ćw. 23, CHEMIA FIZYCZNA SPRAWKA 4 SEM


  1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie stałej szybkości hydrolizy (inwersji) sacharozy katalizowanej jonami 0x01 graphic
, metodą polarymetryczną.

  1. Wstęp teoretyczny

Szybkość reakcji chemicznej r, zachodzącej w stałej objętości to zmiana stężenia molowego 0x01 graphic
w jednostce czasu, przy uwzględnieniu współczynników stechiometrycznych 0x01 graphic
w określonym momencie trwania reakcji:

0x01 graphic

Dla reakcji zapisanej ogólnie:

0x01 graphic
,

szybkość r można wyrazić:

0x01 graphic
, gdzie:

0x01 graphic
i 0x01 graphic
- stężenia molowe substratów;

0x01 graphic
i 0x01 graphic
- stężenia molowe produktów.

Zależność szybkości reakcji od stężenia produktu wyraża równanie kinetyczne reakcji. Dla opisywanej, ilustracyjnej reakcji, przyjmuje ono postać:

0x01 graphic

Wykładniki potęg 0x01 graphic
i 0x01 graphic
określają rząd reakcji. Współczynnik proporcjonalności 0x01 graphic
, nazywamy stałą szybkości reakcji. Jest to wielkość charakterystyczna dla danej reakcji.

Reakcja pierwszego rzędu, to reakcja, którą można schematycznie zapisać:

0x01 graphic

Równanie kinetyczne dla takiej reakcji ma postać:

0x01 graphic
.

Reakcja hydrolizy sacharozy w środowisku kwaśnym przebiega zgodnie z równaniem:

0x01 graphic

0x01 graphic
sacharoza glukoza fruktoza

Równanie kinetyczne dla reakcji hydrolizy sacharozy można zapisać:

0x01 graphic

Stężenie wody w mieszaninie reakcyjnej jest znacznie większe od stężenia sacharozy 0x01 graphic
i praktycznie nie ulega zmianie. Można zatem równanie kinetyczne dla tej reakcji zapisać równaniem kinetycznym reakcji pierwszego rzędu:

0x01 graphic
.

0x01 graphic
(jony 0x01 graphic
są w tej reakcji katalizatorem)

Sacharoza, glukoza i fruktoza, to substancje optycznie czynne. Dlatego do wyznaczenia zmian stężenia reagentów można wykorzystać pomiary polarymetryczne. Sacharoza jest prawoskrętna, a roztwór zawierający produkty inwersji jest lewoskrętny. Można to łatwo wytłumaczyć. Stężenia glukozy i fruktozy powstałych w reakcji są równe. Jednak różnią się ich skręcalności właściwe. Fruktoza jest lewoskrętna, a glukoza prawoskrętna. Skręcalność właściwa fruktozy wynosi: 0x01 graphic
, a glukozy: 0x01 graphic
. Mieszanina poreakcyjna, zwana cukrem inwertowanym, wynosi:

0x01 graphic

W metodzie polarymetrycznej, stałą szybkości reakcji można wyznaczyć ze wzoru:

0x01 graphic
, gdzie:

0x01 graphic
- kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji przez mieszaninę reakcyjną na początku reakcji 0x01 graphic
;

0x01 graphic
- kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji po czasie t

0x01 graphic
- kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji po zakończeniu reakcji 0x01 graphic
.

3 Opis metody pomiarowej

Po pobraniu roztworu sacharozy, przygotowuje się jego roztwór z kwasem siarkowym (VI) o stężeniu 0x01 graphic
w proporcjach podanych przez prowadzącego pracownię. Następnie miesza się go. Tak otrzymanym roztworem napełnia się po brzegi rurkę polaryzacyjną, której szczelność sprawdzamy i którą wycieramy. Potem, ową rurkę umieszcza się w polarymetrze. Resztę roztworu umieszcza się w termostacie w temperaturze 0x01 graphic
, w celu przyspieszenia reakcji inwersji sacharozy. Co 10 minut dokonuje się pomiarów kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji z dokładnością do 0x01 graphic
za pomocą polarymetru. Po kilku takich pomiarach, rurkę polarymetryczną napełnia się roztworem wyjętym z termostatu po czasie 120min, czyli roztworem, w którym inwersja cukru zaszła całkowicie. Dokonuje się pomiaru kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji owego roztworu.

4 Pomiary i obliczenia

Tabela 1

0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0

15,25

-19,25

0

15

13,3

-17,3

0,1068

30

11,8

-15,8

0,1975

45

9,9

-13,9

0,3256

60

8,1

-12,1

0,4643

75

6,6

-10,6

0,5966

90

5,4

-9,4

0,7168

105

4,1

-8,1

0,8656

120

2,8

-6,8

1,0405

Obliczenia:

np.: dla 0x01 graphic
, 0x01 graphic

0x01 graphic

0x08 graphic

Wykres 0x01 graphic
:

0x08 graphic

:

0x01 graphic

Wartość nachylenia prostej, wynosząca około 0x01 graphic
, to wyznaczona doświadczalnie stała szybkości inwersji sacharozy katalizowanej jonami 0x01 graphic
.

5.Wnioski

Kąt skręcenia płaszczyzny polaryzacji jest proporcjonalny do stężenia substancji optycznie czynnej, c, i długości rurki polarymetrycznej L: 0x01 graphic
, gdzie 0x01 graphic
, to skręcalność właściwa substancji optycznie czynnej. Zatem badana reakcja jest reakcją pierwszego rzędu (zależność 0x01 graphic
jest prostoliniowa, o czym mówi współczynnik korelacji bardzo bliski jedności).

Stała szybkości reakcji obliczona na podstawie doświadczenia ma bardzo małą wartość rzędu 0x01 graphic
. Jest to bardzo wiarygodna wartość, gdyż reakcja inwersji sacharozy przebiega bardzo powoli. Nawet w podwyższonej temperaturze nie należy ona do najszybszych procesów.

Metoda pomiarowa wykorzystana w tym doświadczeniu jest dość dokładna, gdyż dokonywane pomiary mają dokładność do 0x01 graphic
. Błędy w wyznaczeniu stałej szybkości reakcji, które mogą tutaj wystąpić, mogą wynikać z nieprecyzyjnego sporządzenia roztworu sacharozy z kwasem siarkowym (VI) oraz z niedoskonałości ludzkiego wzroku.

0x01 graphic

1



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
41, CHEMIA FIZYCZNA SPRAWKA 4 SEM
chemia fizyczna 21, CHEMIA FIZYCZNA SPRAWKA 4 SEM
OPRACOWANIE WYNIKÓW, CHEMIA FIZYCZNA SPRAWKA 4 SEM
Fizyczna strona główna czysta, CHEMIA FIZYCZNA SPRAWKA 4 SEM
Ćw. 23, chemia fizyczna, Nowy folder
91, CHEMIA FIZYCZNA SPRAWKA 4 SEM
204, CHEMIA FIZYCZNA SPRAWKA 4 SEM
fizyczna 99, CHEMIA FIZYCZNA SPRAWKA 4 SEM
91 fizyczna, CHEMIA FIZYCZNA SPRAWKA 4 SEM
sprawozdanie nr 27, CHEMIA FIZYCZNA SPRAWKA 4 SEM
10.6 poprawione, semestr 4, chemia fizyczna, sprawka laborki, 10.6
28fizyczna, inżynieria materiałowa - semestr 4, Inżynieria Materiałowa pwr - semestr 4, Chemia Fizyc
spr 8.5 obliczenia1, semestr 4, chemia fizyczna, sprawka laborki, 8.5
Ćw. 17, chemia fizyczna, Nowy folder
6, semestr 4, chemia fizyczna, sprawka laborki, 6.11
moje 4, chemia w nauce i gospodarce Uł, semestr V, sprawozdania chemia fizyczna i analityczna uł, Ch

więcej podobnych podstron