Sylwia Dąbrowska 4

Biotechnologia grupa IV

Wydział Biotechnologii i Nauk o Żywności

Politechniki Łódzkiej

Czwartek 8¹⁵ - 12⁰⁰

Ćwiczenie nr 26

Kinetyka jodowania acetonu

Kinetyka jodowania acetonu

Cel ćwiczenia: Wyznaczenie stałej szybkości procesu jodowania acetonu katalizowanego jonami H⁺ .

1. Wstęp teoretyczny

Stałą szybkości reakcji nazywamy współczynnik proporcjonalności k w równaniu kinetycznym.

W klasycznej kinetyce przyjmuje się, że stała k jest niezależna od stężenia reagentów i czasu reakcji, natomiast zmienia się z temperaturą i zależy od rodzaju i stężenia katalizatorów. Stała szybkości wyraża liczbowo szybkość reakcji, gdy stężenie każdego z substratów wynosi 1 mol/l. Wymiar stałej zależy od postaci równania kinetycznego i wyraża się ogólnym wzorem:

Jodowanie acetonu jest reakcją autokatalizowaną przez jony wodorowe, będące jednym z jej produktów:

Jest to reakcja dwustopniowa, następcza:

Etap I

Etap II

Etap I jest powolny, odwracalny i decydujący o szybkości całej reakcji. Przebieg jego jest następujący:

postać ketonowa postać enolowa

W rezultacie szybkość całej reakcji zależy od stężenia acetonu (a-x) i kwasu (b+x), a nie zależy od stężenia jodu. Reakcja jodowania acetonu jest reakcją drugiego rzędu i szybkość jej możemy wyrazić następującym wzorem:

lub po scałkowaniu:

gdzie:

k - stała szybkości

a - początkowe stężenie acetonu

b - początkowe stężenie jonów wodorowych

x - ubytek stężenia acetonu (równy przyrostowi stężenia kwasu) po czasie t

Energią aktywacji nazywamy minimum energii jaką powinny być obdarzone cząsteczki, aby mogły przereagować. Można ją obliczyć na podstawie równania Arrheniusa:

A - współczynnik częstotliwości

Energię aktywacji można również obliczyć znając dwie stałe szybkości danej reakcji w dwóch różnych temperaturach ze wzoru:

lub badając nachylenie prostej w układzie współrzędnych lg k = f(1/T).

2. Wykonanie i opis ćwiczenia.

1. Do kolby miarowej o pojemności 250 cm³ odmierzam dokładnie podane przez asystenta ilości kwasu solnego i jodu.

2. Mieszaninę rozcieńczam wodą destylowaną tak, aby do objętości 0,25 dm³ brakowało kilka cm³.

3. Kolbę z roztworem wstawiam do termostatu o wskazanej temperaturze na około 20 min. Następnie po ustaleniu się temperatury (ok. 20 minut) odmierzam pipetą podaną ilość acetonu i wlewam do kolby.

4. Dopełniam jej zawartość wodą destylowaną do kreski. Szybko mieszam i pobieram próbkę mieszaniny reagującej pipetą o pojemności 25 cm³.

5. Pobraną próbkę roztworu wlewam do kolby napełnionej uprzednio 25 cm³ 0,15 M roztworem NaHCO₃ i miareczkuję ją 0,02 M Na₂S₂O₃.

6. Kolejne próbki pobieram co 15 minut, notując czas, jaki upłynął od chwili rozpoczęcia reakcji do momentu jej zahamowania w podanej próbce.

7. Pomiary zbieram w tabeli.

1.Obliczam stężenie początkowe acetonu a i kwasu b znając objętość acetonu

V_acetonu i gęstość acetonu d_acetonu oraz stężenie kwasu C_HCl korzystając ze wzorów:

Gdzie:

Obliczenia:

2.Obliczam ubytek stężenia acetonu x, który jest równy przyrostowi stężenia kwasu i ubytkowi stężenia jodu po upływie czasu t w oparciu o wyniki miareczkowania ze wzoru:

Gdzie:

V_o i V_t to ilości Na₂S₂O₃ zużyte na zmiareczkowanie 25 cm³ mieszaniny reagującej na początku reakcji (t=0) i po czasie t, c - stężenie Na₂S₂O₃ w mol/dm³

Wyniki pomiarów i obliczeń:

t [min]	Vt [ml]	x	a-x	b+x
0	18,1	0	0,1623	0,1	-0,4843
10	14,8	0,00132	0,16098	0,10132	-0,463
20	11,7	0,00124	0,16106	0,10124	-0,4643
30	7,75	0,00158	0,16072	0,10158	-0,4588
40	4,7	0,00122	0,16108	0,10122	-0,4646
50	1,7	0,0012	0,1611	0,1012	-0,4649
60	0,6	0,00044	0,16186	0,10044	-0,4772

Współczynnik kierunkowy prostej (A) wyznaczam zapomocą arkusza kalkulacyjnego:

Wyznaczam wartość stałej szybkości k ze wzoru:

Wnioski:

Wyznaczona przeze mnie stała szybkości jodowania acetonu wynosi

Ze względu na brak danych o literaturowej wartości stałej szybkości jodowania acetonu nie mogę oszacować błędu pomiaru. Błędy wpływające na ostateczny wynik to: niedokładny odczyt wartości z biurety, niedokładność miareczkowania, niedokładna ilość odmierzonych substratów wchodzących w reakcje,przypadkowe nalanie się wody do badanej próbki a temperatura termostatu nie wynosiła dokladnie 40°C ( dla tej temperatury była mierzona stała szybkości reakcji).

---