Wydział Metali Nieżelaznych 11.08.2006.Kraków

Przeróbka Plastyczna

Rok IV

Ćw. 4:

Wpływ siły jonowej roztworu na stałą szybkości reakcji.

Wykonali:

Paweł Kuś

Jarosław Lasko

Mirosław Ożóg

1.Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie doświadczalne zależności stałej szybkości reakcji fioletu krystalicznego z jonami wodorotlenowymi od siły jonowej roztworu, a także określenie jakiego rodzaju ładunek posiada reagujący izomer fioletu krystalicznego.

2. Przebieg ćwiczenia

Do pomiarów użyliśmy spektrofotometru, na którym odczytaliśmy długość fali, przy której występuje maksimum absorpcji (
) fioletu krystalicznego. Wszystkie pomiary wykonaliśmy przy tej długości fali.

Długość fali: 590 [nm]

Roztwory bazowe: 1M KNO₃

0,1 M NaOH

0.03 [g/dm³] (CH₃)₆N₃C₁₉H₁₂)-fiolet krystaliczny

W pierwszej części ćwiczenia wyznaczymy krzywą kalibracyjną, mierząc absorbancję roztworów wzorcowych i kreśląc zależność Abs= f(stężenie molowe fioletu).Roztwory bazowe otrzymane przez rozcieńczenie w wodzie destylowanej kolejno 2,4,6,8,10 ml fioletu krystalicznego w kolbie na 100 ml.

W drugiej oznaczyliśmy zmiany absorbancji w czasie reakcji fioletu z zasada sodową, stosując różne siły jonowe(wprowadzając różne zawartości soli obojętnej do elektrolitu).Roztwory reagentów przygotowaliśmy zgodnie z tabelą nr1. Pomiaru absorbancji dokonywaliśmy przez okres 15 min, co 3 min, dla każdego roztworu.

3. Przykładowe obliczenia.

Przykładowe obliczenia stężeń i [g/l] konieczne do wykreślenia krzywej kalibracyjnej rys. 1

Dane:

Fiolet krystaliczny

= 0,03 g/dm³

V = 2ml => 0,002 dm³

0,03 - 1 dm³

i - 0,002 dm³

i _{(w 0,1 dm3roztw)} = 0,00006 [g/l] , żeby otrzymać stężenie molowe fioletu w 1 dm³ obliczamy

0,00006 - 0,1 dm³

x - 1 dm³

x = 0,0006 [g/l]

Tabela 1.Wartości absorbancji dla roztworów wzorcowych.

Roztwory-[ml]fioletu/100ml wody destylowanej	Abs	i [mol/l]
2	0,051	0,0006
4	0,101	0,0012
6	0,157	0,0018
8	0,213	0,0024
10	0,254	0,0030

Rys 1. Krzywa kalibracyjna.

E=1*10^-10

2-i etap doświadczenia:

Przed pomiarem wykalibrowaliśmy spektrofotometr wstawiając blank z wodą.

Pomiar dla każdego roztworu co 3 min prze 15 min, temp=30⁰C.

• Pomiar 1

8 ml NaOH + 42 ml H2O (bez soli)

10 ml fioletu + 40 ml H2O (dest.)

Abs	ln Abs	i [g/dm^3]	ln i	t [s]
0,278	-1,2801	0,0032	-5,7424	0
0,220	-1,5141	0,0025	-5,9764	180
0,179	-1,7204	0,0021	-6,1826	360
0,144	-1,9379	0,0017	-6,4002	540
0,118	-2,1371	0,0014	-6,5993	720
0,094	-2,3645	0,0011	-6,8267	900

• Pomiar2

8 ml NaOH + 5 ml KNO3 + 37 ml H2O

10 ml fioletu + 40 ml H2O (dest.)

Abs	ln Abs	i [g/dm^3]	ln i	t [s]
0,281	-1,2694	0,0032	-5,7316	0
0,236	-1,4439	0,0027	-5,9061	180
0,202	-1,5995	0,0023	-6,0617	360
0,170	-1,7720	0,0020	-6,2342	540
0,145	-1,9310	0,0017	-6,3932	720
0,125	-2,0794	0,0014	-6,5417	900

• Pomiar 3

8 ml NaOH + 15 ml KNO3 + 27 ml H2O

10 ml fioletu + 40 ml H2O (dest.)

Abs	ln Abs	i [g/dm^3]	ln i	t [s]
0,295	-1,2208	0,0034	-5,6830	0
0,255	-1,3665	0,0029	-5,8287	180
0,221	-1,5096	0,0025	-5,9718	360
0,194	-1,6399	0,0022	-6,1021	540
0,169	-1,7779	0,0019	-6,2401	720
0,149	-1,9038	0,0017	-6,3660	900

Rys.2. Dla pomiaru 1-go.

Rys.3. Dla pomiaru 2-go

Rys.4. Dla pomiaru 3-go

Stałe szybkości reakcji (k_obs) dla poszczególnych pomiarów odczytane z wykresów

ln Abs=f(t), (rys .2,3,4 jako współczynniki kierunkowe prostej ):

1. k_obs = 0,0012

2. k_obs = 0,0009

3. k_obs = 0,0008

Siłę jonową obliczamy ze wzoru:

Przykładowe obliczenia stężeń Na⁺

1000 ml - 0,1 M

8 ml - x

x = 0,0008

W związku z tym, że roztwór jest na 100 ml Na⁺ będzie wynosiło 0,008 M

[Na⁺] = 0,008 M Na⁺+ 0,008 M OH^-

Przykładowe obliczenia stężeń K⁺

1000ml - 1 M KNO₃

5ml - x

x =0,005

W 100ml roztworu K⁺ będzie wynosiło 0,05 M

	k	Log k	I	pierw I
pomiar1	0,0012	-2,9208	0,008	0,0894
pomiar2	0,0009	-3,0458	0,0008	0,0283
pomiar3	0,0008	-3,0969	0,024	0,1549

Rys 5. Wykres zalezności stałej szybkości reakcji od pierwiastka stężenia.

W związku z tym, że współczynnik kierunkowy prostej
jest ujemny to iloczyn z_{A *}z_B także jest ujemny. Wiedząc, że z_B wynosi -1 (jony OH^-) to z_A musi być dodatni i równa się +1.

tu

- stała Debye-Huckel'a

4. Wnioski:

Możemy stwierdzić, że absorbancja spada wraz ze zmniejszaniem się stężenia molowego fioletu krystalicznego, dzieje się tak dlatego, że zachodzi reakcja miedzy solą a fioletem krystalicznym(sól się odbarwia)

Uzyskaną krzywą kalibracyjną wykorzystaliśmy do wyznaczenia wartości stężeń fioletu krystalicznego dla kolejnych etapów reakcji (opisane w tabelkach jako „i”). Zwiększając dodatek soli KNO₃. absorbancja rosła. Na podstawie wykresów ln Abs=f(t) wyznaczyliśmy stałą szybkości reakcji dla poszczególnych pomiarów. Wartość stałej szybkości reakcji była najmniejsza dla roztworu o najmniejszej absorbancji (najmniejszy dodatek soli).