Numer grupy: 5	Data wykonywania ćwiczenia: 11.10.2009r.
Symbol zespołu: F	Symbol i tytuł ćwiczenia: Ćwiczenie 6-1 „Wyznaczanie stałej szybkości reakcji pierwszego rzędu. Wyznaczanie stałej szybkości reakcji inwersji sacharozy metodą polarymetryczną.”
Skład zespołu: Głąbikowski Łukasz Jastrzębska Beata Kalyta Martyna
Ocena wystawiona przez prowadzącego:

1. CEL ĆWICZENIA:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie stałej szybkości reakcji inwersji sacharozy, oraz zapoznanie się z metodami pomiaru szybkości reakcji pierwszego rzędu.

2. WSTĘP TEORETYCZNY

Szybkością reakcji chemicznej nazywamy stosunek zmiany stężenia substratu lub produktu do czasu, w którym ta zmiana nastąpiła, co możemy zapisać następująco:

Gdzie, c_A - stężenie substratu A w chwili t

C_X - stężenie produktu X w chwili t

Reakcją pierwszego rzędu - określamy reakcje, których szybkość wyznaczona eksperymentalnie jest proporcjonalna do pierwszej potęgi stężenia składnika reagującego. Równanie kinetyczne dla reakcji I rzędu można zapisać

Gdzie, k - jest stałą szybkości reakcji róną szybkości reakcji gdy stężenie substratu jest jednostkowe (wartość charakter. Dla danej reakcji w danej T)

Po scałkowaniu równania i rozwiązaniu względem k otrzymujemy:

Gdzie, cº_A - oznacza stężenie początkowe substratu

c_A - oznacza stężenia substratu po czasie t

SACHAROZA - jest optycznie czynna i skręca płaszczyzną światła spolaryzowanego w prawo. Dwucukier ten ulega w roztworze wodnym hydrolizie wg następującego równania:

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆

Sacharoza glukoza + fruktoza

Jej produkty natomiast skręcają płaszczyznę światła spol. W lewo stąd też w trakcie reakcji możemy obserwować zmianę kąta skręcenia światła w polarymetrze (z wartości dodatnich na ujemne - czyli inwersję kąta skręcania). Szybkość reakcji hydrolizy sacharozy zależy odjej początkowego stężenia oraz stężenia jonów wodorowych niezbędnych do zapoczątkowania reakcji (konieczność użycia kwasu).

Mierząc kąt skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego przepuszczonego przez reagującą mieszaninę umieszczoną w rurce polarymetrycznej możemy śledzić szybkość reakcji hydrolizy sacharozy (kąt skręcenia światła spolaryzowanego jest liniową funkcją stężenia substratu). Jeżeli przyjmiemy że:

α₀ - kąt skręcenia płaszcz. Przed zapoczątkowaniem reakcji

α_∞ - kąt skęcenia po zakończeniu reakcji

α_t - kąt skręcenia w chwili t od zapoczątkowania reakcji

to c°_A = u(α₀ - α_∞)

c_A = u (α_t - α_∞)

po podstawieniu do wzoru na stałą szybkości reakcji dla r. pierwszego rzędu otrzymujemy wzór dzięki któremu obliczymy stałą szybkości reakcji inwersji sacharozy:

3. WYKONANIE ĆWICZENIA:

Układ doświadczalny składał się z: polarymetru, kolby Erlenmayera na 100cm³, kwas solny 2mol∙dm^-3; waga analityczna, sacharoza, pipety o objętości 25cm³, stopera

1. Przygotowanie roztworu sacharozy - do 60cm³ wody destylowanej umieszczonej w erlenmajerce wsypano 40g odważonej sacharozy (roztwór 40%) i dokładnie wymieszano!

2. Próbka kontrolna - do 25cm³ 40% roztworu sacharozy umieszczonego w czystej kolbie wprowadzono za pomocą pipety 25cm³ wody destylowanej, dokladnie wmieszano i wypełniono otrzymanym roztworem rurkę polarymetryczną. Zmierzono początkową wartość kąta skręcenia (α₀)

3. Roztwór właściwy - 25cm³ roztworu sacharozy umieszczono za pomocą pipety w czystej kolbie stożkowej. Następnie za pomoca czystej pipety odmierzono taka samą objętość kwasu solnego i wprowadzono do kolby z roztworem. W tym momencie włączono stoper, który mierzył dokładny czas trwania reakcji.

Otrzymany roztwór wprowadzono do rurki polarymetrycznej, którą uprzednio opróżniono i oczyszczono. Rurkę umieszczono w polarymetrze. Odczytując na stoperze czas reakcji mierzono wartość kąta skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego, co 10 minut. Wyniki zestawiono w tabeli 1.

4. Obliczono wartości stałej szybkości reakcji ze wzoru (1) dla każdego pomiaru

5. Sporządzono wykres zależności
   a następnie wyznaczono stałą szybkości k, której wartość równa jest tangensowi kąta nachylenia otrzymanej prostej.

4. OBLICZENIA i OPRACOWANIE WYNIKÓW

kąt skręcenia światła spolaryzowanego po zakończeniu reakcji obliczamy ze wzoru

Natomiast stała szybkość k ze wzoru

Czas trwania reakcji [min]	α0	αt	α∞	(α0-α∞)	(αt-α∞)	ln(αt-α∞)	Stała szybkości k
5	15,35	14	-4,98875	20,33875	18,98875	2,943847	13,736*10^-3 min^-1
10	15,35	13,95	-4,98875	20,33875	18,93875	2,94121	7,132*10^-3 min^-1
15	15,35	11,35	-4,98875	20,33875	16,33875	2,79354	14,599*10^-3 min^-1
20	15,35	10,1	-4,98875	20,33875	15,08875	2,713949	14,929*10^-3 min^-1
25	15,35	8,85	-4,98875	20,33875	13,83875	2,627473	15,402*10^-3 min^-1
30	15,35	7,8	-4,98875	20,33875	12,78875	2,548566	15,465*10^-3 min^-1
35	15,35	6,65	-4,98875	20,33875	11,63875	2,45434	15,102*10^-3 min^-1
40	15,35	5,8	-4,98875	20,33875	10,78875	2,378504	13,955*10^-3 min^-1
50	15,35	4,75	-4,98875	20,33875	9,73875	2,276113	13,389*10^-3 min^-1
60	15,35	2,1	-4,98875	20,33875	7,08875	1,958509	16,218*10^-3 min^-1
k średnie	14 *10^-3 min^-1

Wyznaczamy stałą szybkości reakcji k metoda graficzna. W tym celu korzystamy ze wzoru linii trendu (wzorcowej) wyznaczonej przez arkusz kalkulacyjny Excel, wartość współczynnika a wynosi tg
.

k = -tg
= -a, gdzie a = -0,0174

5. SPOSTRZEŻENIA i WNIOSKI

• Cel ćwiczenia został osiągnięty.

• Metodą polarymetryczną wyznaczyłyśmy potrzebne α_0, natomiast α_∞ wyliczyłyśmy ze wzoru.

• W miarę postępu hydrolizy sacharozy zmniejsza się kąt skręcenia (po 5 minutach z wartości 13,95 do wartości 2,1 po 60 minutach trwania reakcji).

• Szybkość reakcji zależy od stężenia sacharozy i stężenia kationów wodorowych, które katalizują tę reakcję.

• Reakcja inwersji sacharozy można uznać za reakcję pseudopierwszorzędową dlatego że, stężenie kationów wodorowych nie ulega zmianie, a stężenie sacharozy praktycznie się nie zmienia.

• Porównując k wyznaczone metodą graficzną k= 0,0174*min^-1 z średnią stałą szybkości reakcji k= 14*10^-3*min^-1 = 0,014*min^-1 możemy uznać że doświadczenie wykonaliśmy poprawnie, jednakże wartości stałej uzyskane tymi dwiema metodami znacznie od siebie odbiega. Wszelkie różnice mogą być skutkiem błędów pomiarowych, niedoskonałości oka ludzkiego, przyrządów, braku doświadczenia w obsłudze polarymetru, niedokładnym oczyszczeniem elementów, przez które przechodziły promienie świetlne.

---