Wpływ siły jonowej-laborka.doc

Wydział: Metali Nieżelaznych                                                                        Kraków, dn.13.03.2006.

Kierunek: Metalurgia

Przeróbka Plastyczna

Rok IV

Fizykochemiczne metody analizy

Ćwiczenie 3:

Wpływ siły jonowej roztworu na stałą szybkości reakcji.

                                                                                                                       Wykonali:

                                                                                                                   Leśniewski Mirosław

                                                                                                                   Lewandowski Tomasz

                                                                                                                    Ludwik Ireneusz

1.Wstęp

              Rozpatrzmy reakcję zachodzącą w roztworze pomiędzy jonami A i B w wyniku której powstaje produkt D:

                            k – stała szybkości reakcji                                          (1)

Gdy reakcja (1) przebiega z utworzeniem produktu pośredniego C (tzw. reakcja następcza), który jednocześnie w sposób odwracalny może dysocjować w kierunku utworzenia substratów A i B a także częściowo rozkładać się na produkt D, jej równanie można zapisać jako:

                                                                                    (2)

gdzie jest stałą równowagi pierwszego etapu reakcji następczej (2).

Można zauważyć, że mechanizm reakcji (2) jest złożony z etapów elementarnych:

                                                                                                                                            (3a)

                                                                                                                              (3b)

                                                                                                                                            (3c)

gdzie:                             k1  – stała szybkości reakcji (2a)

k-1 – stała szybkości reakcji (2b)

                            k2  – stała szybkości reakcji (2c)

Jeżeli założyć, że szybkość reakcji rozkładu produktu pośredniego C na produkt końcowy D jest znacznie mniejsza od szybkości rozkładu na A i B  (k2 < k1 oraz k-1) to etapem określającym szybkość reakcji (1) jest etap (2c). Równanie szybkości reakcji przybiera więc postać:

                                                                                                  (4)

Stała równowagi pierwszego etapu reakcji wyrażona przez aktywności ai składników (i) reakcji ma postać:

                                                                                                                (5)

Ponieważ:

                                                                                                                (6)

gdzie:                            γi – współczynnik aktywności

                            [i] – stężenie molowe reagenta

stałą równowagi możemy zapisać jako:

                                                                                                                              (7)

Wyliczona z równania (7) wartość [C] jest równa:

                                                                                                                (8)

Wstawiając (8) do równania szybkości (4) otrzymujemy:

                                                                                                  (9)

Wartości współczynników aktywności γi w równaniu (9) można oszacować na podstawie granicznego równania Debye – Hückel’a:

                                                                                                                              (10)

gdzie:                             A – współczynnik w równaniu Debye – Hückel’a

                            zi – ładunek i–tego jonu

                            I – siła jonowa roztworu, która wyrażona jest wzorem:

                                                                                                                                            (11)

2.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.

3. 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.

4.Przykład obliczeń:

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

Dane:   Fiolet krystaliczny- (CH3)6N3C19H12

= 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]

I. Krzywa kalibracji.

Tabela 1.Wartości absorbancji dla roztworów wzorcowych.

Rys 1. Krzywa kalibracyjna.

E=1*10-10

II. Kinetyka reakcji.

...