Numer ćwiczenia: 10	Temat ćwiczenia: Wyznaczanie stałej szybkości zmydlania estru z pomiarów przewodnictwa	Data wykonania ćwiczenia: 14.01.2014r.
				Data oddania sprawozdania: 23.01.2014r.
Grupa: A2	Góralik Monika	Nazwisko sprawdzającego: dr Tomasz Uchacz
Uwagi:		Ocena:

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było wyznaczenie stałej szybkości reakcji zmydlenia octanu etylu wodorotlenkiem sodu na podstawie pomiarów konduktometrycznych w temperaturze pokojowej oraz wyższej.

2. Wykonanie.

• Zmierzono konduktometrycznie przewodnictwo czystej wody destylowanej oraz 0,01 M roztworu chlorku potasu (by móc wyznaczyć stałą naczyńka)

• Do kolby na 100 cm³ wprowadzono 0,4 cm³ octanu etylu, uzupełniono wodą do kreski oraz wymieszano

• Zmierzono przewodnictwo roztworu sporządzonego z 25 cm³ 0,05 M roztworu NaOH i 20 cm³ wody

• Zmieszano ze sobą 25 cm³ 0,05 M NaOH i 20 cm³ roztworu estru i mierzono przewodnictwo mieszaniny przez 20 minut (co minutę)

• W łaźni wodnej o temperaturze 37,1 °C podgrzano, a następnie zmierzono przewodnictwo 0,05 M roztworu KCl, mieszaniny 25 cm³ 0,05 M roztworu NaOH i 20 cm³ wody

• Do podgrzanego w łaźni wodnej do wspomnianej wcześniej temperatury roztworu 20 cm³ estru dodano 25 cm³ 0,05 M podgrzanego roztworu NaOH i dokonywano pomiaru przewodnictwa (co minutę przez 20 minut)

• Podgrzano roztwór estru i NaOH do wrzenia, a następnie zmierzono przewodnictwo dwukrotnie: po ostygnięciu roztworu do 37,1 °C i po osiągnięciu temperatury pokojowej
  (23,9 °C)

3. Wyniki.

Tabela1.: wyniki pomiarów przewodnictwa - roztwory octanu etylu z NaOH

t [s]	23,9 °C		37,1 °C
		L [S]	k [S/cm]	L [S]	k [S/cm]
0	0,00931	0,006937	0,00858	0,006393
60	0,00887	0,006609	0,00820	0,006110
120	0,00859	0,006400	0,00792	0,005901
180	0,00834	0,006214	0,00769	0,005730
240	0,00814	0,006065	0,00755	0,005625
300	0,00799	0,005953	0,00746	0,005558
360	0,00786	0,005856	0,00739	0,005506
420	0,00775	0,005774	0,00734	0,005469
480	0,00765	0,005700	0,00730	0,005439
540	0,00756	0,005633	0,00727	0,005417
600	0,00750	0,005588	0,00726	0,005409
660	0,00744	0,005543	0,00724	0,005394
720	0,00738	0,005499	0,00723	0,005387
780	0,00735	0,005476	0,00721	0,005372
840	0,00731	0,005446	0,00720	0,005364
900	0,00728	0,005424	0,00719	0,005357
960	0,00725	0,005402	0,00719	0,005357
1020	0,00723	0,005387	0,00717	0,005342
1080	0,00720	0,005364	0,00717	0,005342
1140	0,00719	0,005357	0,00717	0,005342
1200	0,00717	0,005342	0,00717	0,005342
∞	0,00752	0,005603	0,00730	0,005439

Tabela2.: wyniki pomiarów przewodnictwa - pozostałe roztwory

roztwór	temperatura [°C]	L [S]
woda	22,8	0,00000358
NaOH			0,00827
KCl			0,001824
KCl		37,1	0,00177
NaOH+woda			0,00750

4. Opracowanie wyników

- Stała naczynka pomiarowego - została obliczona na podstawie znajomości przewodnictwa 0,01 M KCl w temperaturze pokojowej oraz przewodnictwa właściwego:

gdzie:

k - stała naczynka do pomiaru

κ_KCl - przewodnictwo właściwe w temp. pokojowej (22,8 °C - ok. 296 K)

L_KCl - zmierzone przewodnictwo roztworu KCl

κ_KCl=0,001359 S/cm

L_KCl=0,001824 S

- Obliczono przewodnictwo właściwe badanych roztworów (κ₀, κ_t, κ_∞) ze wzoru:

gdzie:

κ - przewodnictwo właściwe [S/cm]

k - stała naczynka [1/cm]

L - przewodnictwo roztworu [S]

Wyniki umieszczono w tabeli 1.

- Na podstawie poniższych wzorów obliczono stężenia poszczególnych substancji:

gdzie:

a - początkowe stężenie NaOH

λ_Na+ i λ_OH- - przewodnictwa właściwe kationu sodu i anionu hydroksylowego

k₀ - przewodnictwo właściwe mieszaniny NaOH i octanu etylu

gdzie:

k_t - przewodnictwo właściwe mieszaniny po czasie t

x - stężenie anionu octanowego po czasie t

gdzie:

k_∞ - przewodnictwo po zakończeniu reakcji zmydlania

b - początkowe stężenie octanu etylu

Δλ - λ_OH- - λ_CH3COO-

Wartości λ_Na+, λ_OH- i λ_CH3COO- w danych temperaturach obliczono na podstawie równoważnikowych przewodnictw jonowych. Wartości λ⁰_25°C oraz β zaczerpnięto z tabeli zamieszczonej w opisie ćwiczenia „Zależność przewodnictwa od stężenia”.

Wzór pozwalający na obliczenie λ⁰_t dla danej temperatury:

λ⁰_t= λ⁰_25°C[1+ β(t-25)]

Tabela3.: równoważnikowe przewodnictwa jonów

jon	λ^025°C [S*cm^2/val]	β	λ^023°C [S*cm^2/val]	λ^037°C [S*cm^2/val]
Na^+	50,1	0,0208	48,016	62,605
OH^-	198,3	0,0196	190,238	244,570
CH3COO^-	40,9	0,0206	39,215	51,010

- Obliczono stężenia jonu octanowego w roztworach po czasie t oraz obliczono stałą szybkości reakcji metodą rachunkową oraz graficzną. Stałą szybkości reakcji metodą rachunkową można obliczyć wzorem:

Tabela4.: stężenia jonu octanowego oraz stałe reakcji

t [s]	23°C		37°C
		x [mol/dm^3]	K [dm^3/mol]	x [mol/dm^3]	K [dm^3/mol]
60	0,00217	0,16823	0,00146	0,29275
120	0,00356	0,15816	0,00254	0,31200
180	0,00479	0,16474	0,00343	0,35226
240	0,00577	0,17251	0,00397	0,37319
300	0,00652	0,17837	0,00431	0,38778
360	0,00716	0,18919	0,00458	0,42047
420	0,00770	0,20530	0,00477	0,47841
480	0,00819	0,23569	0,00493	1,04609
540	0,00863	0,31564	0,00504	b/d
600	0,00893	b/d	0,00508	b/d
660	0,00923	b/d	0,00516	b/d
720	0,00952	b/d	0,00520	b/d
780	0,00967	b/d	0,00527	b/d
840	0,00987	b/d	0,00532	b/d
900	0,01002	b/d	0,00535	b/d
960	0,01016	b/d	0,00535	b/d
1020	0,01026	b/d	0,00543	b/d
1080	0,01042	b/d	0,00543	b/d
1140	0,01046	b/d	0,00543	b/d
1200	0,01056	b/d	0,00543	b/d
Kśr* [dm^3/mol*S]	0,19864		0,45787

b/d - nie było możliwe obliczenie wartości logarytmu (
przyjęło wartość ujemną), a co za tym idzie - niemożliwe było wyznaczenie stałej)

* - obliczone dla dostępnych wartości

Metoda graficzna pozwala na wyznaczenie tych stałych poprzez narysowanie wykresu funkcji
=f(t). Wykresy wyznaczono tylko dla znanych wartości
. Współczynnik kierunkowy wykresu tej funkcji równa się K(a-b).

Wykres1.: funkcja
=f(t) - 23°C (296 K)

f(t)=0,005995x-0,464961

K=0,005995/(0,02912-0,00883)=0,29546 [dm³/mol*S]

Wykres2.: funkcja
=f(t) - 37°C (310 K) (pominięto jeden z punktów ze względu na zbyt dużą rozbieżność)

f(t)=0,000482x+0,258201

K=0,000482/(0,02081-0,00493)=0,03035 [dm³/mol*S]

- Energia aktywacji - możną ją obliczyć, opierając się na równaniu Arrheniusa:

Po scałkowaniu tego wyrażenia (zakładając, że energia aktywacji nie zależy od temperatury) można otrzymać:

Po przekształceniu można uzyskać wzór umożliwiający obliczenie pożądanej wartości:

Wartość energii aktywacji dla stałych wyznaczonych metodą rachunkową:

Wartość energii aktywacji dla stałych wyznaczonych metodą graficzną:

5. Wnioski.

Podczas ćwiczenia zauważono, że wraz z czasem przewodnictwo właściwe spada oraz że ten spadek jest coraz mniejszy, a pod koniec doświadczenia wręcz niezauważalny. Stałe reakcji wyznaczone metodą graficzną były zupełnie różne od tych wyznaczonych metodą rachunkową - mogło to być spowodowane nieliniowością zmiennych oraz ich niewielką ilością - obliczenie większości wartości nie było możliwe (patrz: uwaga pod tabelą 4). Z tych samych powodów obliczone energie aktywacji również drastycznie się różnią. Na błędne wyniki doświadczenia mogły wpłynąć zmiany temperatury podczas wykonywania eksperymentu (stała szybkości reakcji bardzo zależy od tego czynnika) oraz niedokładności w pomiarze czasu i niepewności pomiaru użytego do pomiarów potencjometru.

---