MARIUSZ KUCHARSKI I 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 KMnO₄ . 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 1 minutę. 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 pierwszorzedowych:

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 uplywie 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 spożądzamy wukres 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	A	log A		t	A	log A
60	0,95	-0,02228		60	0,62	-0,20761
120	0,91	-0,04096		120	0,59	-0,22915
180	0,87	-0,06048		180	0,57	-0,24413
240	0,83	-0,08092		240	0,53	-0,27572
300	0,79	-0,10237		300	0,52	-0,284
360	0,75	-0,12494		360	0,48	-0,31876
480	0,66	-0,18046		480	0,42	-0,37675
600	0,59	-0,22915		600	0,36	-0,4437
720	0,52	-0,284		720	0,31	-0,50864
840	0,45	-0,34679		840	0,25	-0,60206
960	0,4	-0,39794		960	0,22	-0,65758
1080	0,33	-0,48149		1080	0,19	-0,72125
1200	0,28	-0,55284		1200	0,16	-0,79588
1320	0,24	-0,61979		1320	0,13	-0,88606
1440	0,21	-0,67778		1440	0,11	-0,95861
1560	0,17	-0,76955		1560	0,09	-1,04576
1680	0,13	-0,88606
1800	0,09	-1,04576

Obliczanie parametru a metodą najmniejszych kwadratów:

Roztwór1:

n=33

Roztwór2

n=24

---