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.”

Sk

ład zespołu:

1)

Głąbikowski Łukasz

2)

Jastrzębska Beata

3) 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:

C

12

H

22

O

11

+ H

2

O  C

6

H

12

O

6

+ C

6

H

12

O

6

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

dt

dc

dt

dc

v

X

A







A

A

kc

dt

dc

v







A

A

c

c

t

k



ln

1



odjej początkowego stężenia oraz stężenia jonów wodorowych niezbędnych do
zapoczątkowania reakcji (konieczność użycia kwasu).
Mierząc kąt skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego przepuszczonego przez
rea

gującą mieszaninę umieszczoną w rurce polarymetrycznej możemy śledzić szybkość

reakcji hydrolizy sacharozy (kąt skręcenia światła spolaryzowanego jest liniową funkcją
stężenia substratu). Jeżeli przyjmiemy że:

α

0

– 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(α

0

-

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 100cm

3

, kwas

solny 2mol∙dm

-3

; waga analityczna, sacharoza, pipety o objętości 25cm

3

, stopera

1. Przygotowanie roztworu sacharozy

– do 60cm

3

wody destylowanej umieszczonej

w erlenmajerce wsypano 40g odważonej sacharozy (roztwór 40%) i dokładnie
wymieszano!

2.

Próbka kontrolna – do 25cm

3

40% roztworu sacharozy umieszczonego w czystej

kolbie wprow

adzono za pomocą pipety 25cm

3

wody destylowanej, dokladnie

wmieszano i wypełniono otrzymanym roztworem rurkę polarymetryczną. Zmierzono
początkową wartość kąta skręcenia (α

0

)

3.

Roztwór właściwy – 25cm

3

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

kt

t













)

ln(

)

ln(

0









a następnie

wyznaczono stałą szybkości k, której wartość równa jest tangensowi kąta nachylenia
otrzymanej prostej.



















t

t

k

0

ln

1

4. OBLIC

ZENIA i OPRACOWANIE WYNIKÓW

kąt skręcenia światła spolaryzowanego po zakończeniu reakcji obliczamy ze wzoru

)

005

,

0

44

,

0

(

0

T













Natomiast stała szybkość k ze wzoru

Czas

trwania

reakcji [min]

α

0

α

t

α

∞

(α

0

-

α

∞

)

(α

t

-

α

∞

)

ln(α

t

-

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



















t

t

k

0

ln

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

z średnią stałą

szybkości reakcji k=

14

*10

-3

= 0,014

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.