10. ZALEŻNOŚĆ STAŁEJ SZYBKOŚCI REAKCJI OD TEMPERATURY, Książki (), Naukowe, ...
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
48
10. ZALE
ś
NO
ŚĆ
STAŁEJ SZYBKO
Ś
CI REAKCJI OD TEMPERATURY
WST
Ę
P
Szybko
ść
reakcji drugiego rz
ę
du:
A + B
®
C
(10.1)
zale
Ŝ
y od st
ęŜ
enia substratów
A
oraz
B
v
=
k’
[A][B]
(10.2)
Gdy jeden z reagentów jest w du
Ŝ
ym nadmiarze (np. A), jego st
ęŜ
enie w czasie
reakcji praktycznie si
ę
nie zmienia, czyli [A] = const., mo
Ŝ
na wi
ę
c wł
ą
czy
ć
warto
ść
[
A
] do stałej szybko
ś
ci:
v
=
k
[B] gdzie
k = k’
[A]
(10.3)
Reakcje tego typu nazywa si
ę
reakcjami pseudopierwszorz
ę
dowymi
,
posiadaj
ą
cymi rozwi
ą
zanie takie jak reakcje pierwszorz
ę
dowe:
ln
[B]
[B]
o
= ×
k t
(10.4)
gdzie [B]
o
oznacza pocz
ą
tkowe st
ęŜ
enie substratu B.
Reakcj
ą
omawianego typu jest reakcja chlorku kwasowego z alkoholem, gdy
alkohol metylowy jest w nadmiarze w stosunku do chlorku benzoilu:
RCOCl + ROH
RCOOR + HCl
(10.5)
Przebieg tego typu reakcji mo
Ŝ
na wygodnie
ś
ledzi
ć
przez pomiar przewodnictwa
elektrycznego
G
el
(lub oporu
R
) roztworu w czasie trwania procesu, które jest z
dobrym przybli
Ŝ
eniem proporcjonalne do ilo
ś
ci ładunków, czyli równie
Ŝ
do
st
ęŜ
enia HCl:
G
el
=
a
[HCl]
(10.6)
St
ęŜ
enie substratu, [B] = [RCOCl], równe jest w danej chwili trwania procesu:
[B] = [HCl]
¥
- [HCl]
(10.7)
gdzie [HCl]
¥
oznacza st
ęŜ
enie HCl w chwili, gdy cała ilo
ść
chlorku kwasowego
przereaguje, czyli po zako
ń
czeniu reakcji.
Równania (10.6) oraz (10.7) prowadz
ą
do zale
Ŝ
no
ś
ci:
[B] =
a
(
G
¥
-
G
)
(10.8)
®
49
Wobec tego równanie kinetyczne (11.4) przyjmuje posta
ć
:
ln
G
G G
¥
¥
-
= ×
(10.9)
Gdy zmiany przewodnictwa zapisywane s
ą
na rejestratorze xy lub za pomoc
ą
danych cyfrowych na wyj
ś
ciu przetwornika analogowo-cyfrowego (miernik
Metex, podł
ą
czony do PC), zale
Ŝ
no
ść
przewodnictwa od czasu przedstawia si
ę
jak
na rysunku 10.1.
Rys. 10.1
Zale
Ŝ
no
ść
przewodnictwa roztworu od czasu podczas trwania metanolizy chlorku benzoilu
czas [s]
Ze wzgl
ę
du na proporcjonalno
ść
zmian wysoko
ś
ci
h
na krzywej do
przewodnictwa, równanie (10.9) przyjmuje posta
ć
:
ln
h
h h
¥
= ×
k t
(10.10)
-
¥
Stała szybko
ś
ci reakcji
k
, zale
Ŝ
y od temperatury zgodnie z równaniem Arrhenius’a:
E
RT
#
(10.11)
-
k z e
= ×
gdzie
E
#
oznacza energi
ę
aktywacji.
Równanie to mo
Ŝ
na napisa
ć
w postaci:
ln
k
=
a
-
b
T
(10.12)
gdzie:
E
R
#
(10.13)
b
=
k t
50
CEL
Ć
WICZENIA
Celem
ć
wiczenia jest opisanie zale
Ŝ
no
ść
stałej szybko
ś
ci reakcji chlorku benzoilu
z metanolem od temperatury.
APARATURA
Komputer PC, drukarka.
Miernik Metex.
Konduktometr (np OH-102/1).
Ultratermostat (np. U-1.)
Mieszadło bezsilnikowe i mieszadełko magnetyczne (dipol).
Termometr elektroniczny.
Elektrody miedziane.
Pipeta automatyczna.
Penseta.
SZKŁO
Naczynie reakcyjne termostatowane.
Zlewki 50 ml, 100 ml.
Strzykawka (10 ml) z igł
ą
.
ODCZYNNIKI
Metanol.
Roztwór chlorku benzoilu (C
6
H
5
COCl) w benzenie
5 mol dm
-3
.
WYKONANIE
Ć
WICZENIA
1. Pomiary wykona
ć
dla temperatur bliskich 25, 30, 35, 40, 45
o
C.
(Konduktometr OH 102/1 powinien pracowa
ć
w pozycji „Range” 50 mS.)
2. Kolejno
ść
wykonywanych czynno
ś
ci:
- nastawi
ć
termometr kontaktowy na potrzebn
ą
temperatur
ę
,
- przy pomocy strzykawki z igł
ą
wla
ć
do naczy
ń
ka reakcyjnego 10 cm
3
metanolu i wł
ą
czy
ć
mieszanie (50 obr/min.),
- po ustaleniu si
ę
temperatury w naczy
ń
ku reakcyjnym przyst
ą
pi
ć
do rejestracji
wyników pomiarów (opis działania programu rejestruj
ą
cego wyja
ś
ni
prowadz
ą
cy
ć
wiczenie),
- pobra
ć
za pomoc
ą
pipety automatycznej 0,2 cm
3
5 mol dm
-3
roztworu chlorku
benzoilu w benzenie i wprowadzi
ć
do naczy
ń
ka reakcyjnego,
- zarejestrowa
ć
krzyw
ą
zale
Ŝ
no
ś
ci przewodnictwa od czasu,
- przygotowa
ć
układ do przeprowadzenia reakcji w kolejnej temperaturze,
tzn.
przemy
ć
naczy
ń
ko, elektrody i termometr metanolem,
- opisa
ć
uzyskane krzywe.
UWAGA !
- nie wylewa
ć
roztworu do zlewu lecz do odpowiedniego pojemnika na
odpady,
- przed wylaniem roztworu nale
Ŝ
y pincet
ą
wyj
ąć
mieszadełko (dipol),
51
OPRACOWANIE WYNIKÓW
1. Uzyskane wyniki zale
Ŝ
no
ś
ci przewodnictwa od czasu doł
ą
czy
ć
do
ć
wiczenia.
2. Wykre
ś
li
ć
krzywe zale
Ŝ
no
ś
ci przewodnictwa od czasu trwania. Wyznaczy
ć
z
krzywych
G
= f (
t
) warto
ść
h
oraz
t
dla kilku stałych punktów. Obliczy
ć
warto
ść
stałych szybko
ś
ci reakcji, k.
4. Wyznaczy
ć
w oparciu o równanie Arrhenius’a współczynniki opisuj
ą
ce
zale
Ŝ
no
ść
temperaturow
ą
stałej szybko
ś
ci reakcji.
5. Sporz
ą
dzi
ć
wykres zale
Ŝ
no
ś
ci logarytmu stałej szybko
ś
ci reakcji od odwrotno
ś
ci
temperatury.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]