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+ .
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).
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
Vacetonu i gęstość acetonu dacetonu oraz stężenie kwasu CHCl 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:
Vo i Vt 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).