VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Главное в кинетике - получение кинетического уравнения любой реакции. Кинетическое уравнение связывает между собой константу скорости реакции К, текущую (С) и начальную (С0) концентрацию, время  и служит для решения прямой задачи.

Описание эксперимента.

Известно, что процесс гидролиза сахарозы является элементарной бимолекулярной реакцией:

C12H22O11(сахароза) + H2O--> C6H12O6(глюкоза) + C6H12O6(фруктоза)

        Однако в нашем случае реакция проводится в условиях большого избытка воды, поэтому концентрация воды в ходе реакции практически не изменяется и может быть включена в константу скорости; мы имеем дело с реакцией, так называемого псевдопервого порядка.

 Скорость реакции гидролиза сахарозы прямо пропорциональна концентрации сахарозы в растворе. Поскольку в нейтральной среде скорость реакции очень мала, она проводится в присутствии кислоты; ионы водорода выступают в роли катализатора. Концентрация ионов водорода, не изменяющаяся в ходе реакции, также может быть включена в константу скорости реакции. В задачу данной работы, помимо определения константы скорости реакции гидролиза сахарозы, входит также и изучение её зависимости от концентрации катализатора.

  

        Для контроля за протеканием реакции в данной работе используется один из оптических методов исследования - поляриметрический. Применение его для изучения кинетики процесса гидролиза сахарозы возможно благодаря тому, что и сахароза, и продукты гидролиза - глюкоза и фруктоза - являются оптически активными веществами, и их водные растворы вращают плоскость поляризации света. Угол вращения плоскости поляризации "α" прямо пропорционален концентрации оптически активного вещества C (в г/мл) и толщине слоя d (в см):

         Коэффициент пропорциональности « » есть удельное вращение (или постоянная поляризации), которое зависит от природы вещества, длины волны поляризованного света, температуры и природы растворителя. Удельное вращение численно равно углу поворота плоскости поляризации света, прошедшего через слой толщиной 10 см раствора, содержащего 1 г вещества в 1 мл раствора и длине волны света, равной 589.6 нм (D-линия натрия).

        В ходе реакции гидролиза сахарозы угол вращения плоскости поляризации изменяется, поскольку сахароза является правовращающим веществом (А = 66.55°), а эквимолярная смесь глюкозы (А = 52.50°) и фруктозы (А = - 91.90°) вращает плоскость поляризации света влево. Угол вращения плоскости поляризации света в начале реакции положительный, по мере её протекания уменьшается, стремясь к некоторому отрицательному конечному значению (т.е. происходит оптическая инверсия). Окончанию реакции соответствует некоторое предельное отрицательное значение угла вращения .

        В уравнения значений концентраций сахарозы можно подставить разности соответствующих углов вращения плоскости поляризации света реакционной смесью. Тогда формулы и  приобретают следующий вид:

        В две пронумерованные конические колбы переносят отобранные пипеткой пробы приготовленного раствора сахарозы объёмом 25 мл. К первой пробе добавляют 25 мл раствора кислоты, полученную смесь перемешивают, помещают в поляриметрическую трубку и производят измерение угла вращения плоскости поляризации приготовленным раствором. Полученное значение принимают за начальный угол вращения αо; от момента первого измерения начинают отсчёт времени реакции. После этого аналогичные операции производят со второй пробой (во втором опыте используют раствор кислоты другой концентрации).

        Измерение угла вращения плоскости поляризации производят через каждые 10 минут до тех пор, пока угол вращения не станет отрицательным (не менее 10 определений).

        Оставшуюся в одной из колб после заполнения поляриметрической трубки смесь растворов сахарозы и кислоты используют для определения конечного угла вращения . Для этого смесь помещают на час в термостат с температурой 60 °С . Затем смесь охлаждают до комнатной температуры и производят измерение конечного угла вращения плоскости поляризации .   Данные измерений представлены в таблице 1.

Т а б л и ц а 1

№ замера	Время τ, мин.	Угол вращения ατ	α -α∞	ln(α-α∞)	Значение константы  k, с-1
1	18	32	34	3,526	0
2	23	30	32	3,466	0,0026
3	28	23	25	3,219	0,0109
4	33	18	20	2,996	0,0160
5	38	17	19	2,994	0,0153
6	43	15	17	2,833	0,0161
7	48	10	12	2,485	0,0216
8	53	9	11	2,398	0,0212
9	58	7	9	2,197	0,0228
10	63	5	7	1,946	0,0250
11	68	-2	0	----	----

 По формуле (7) рассчитываем константу скорости k для каждого момента времени реакции инверсии сахарозы; вычисляем среднее значение константы скорости kср.

Среднюю константу скорости можно определить также графически; для этого строим график в координатах τ - ln(α-α∞). Данная зависимость является линейной. Константу скорости реакции инверсии сахарозы определяем по графику как тангенс угла наклона прямой к оси времени.

Выводы.  Используя поляриметрический метод, можно определить константу скорости химической реакции оптически активных веществ. Для этого нужно  использовать зависимость изменения угла вращения поляризованного света превращающимися веществами от времени их превращения.

 Список использованной литературы

 1.     Стромберг А.Г., Лельчук Х.А., Картушинская А.И. Сборник задач по химической термодинамике: Учеб. пособие для хим. и хим.-технол. спец. вузов / Под ред. А.Г.. Стромберга.- М.: ООО «Издательский дом Альянс», 2009 -192 с.

2.     Хмельницкий А.И. Физическая и коллоидная химия, М.: ООО «Издательский дом Альянс», 2009 - 400с.

Код для цитирования: Скопировать