Sawosz Gala Mariusz Hajdya Pawe Winiewski

SZYBKO INWERSJI SACHAROZY

Data wykonania wiczenia: 11 padziernika 2013

WSTP

Celem wykonanego dwiczenia byo zbadanie zalenoci stenia katalizatora od szybkoci reakcji, tutaj szybkoci inwersji sacharozy. Sacharoza, jako cukier zoony rozkada si pod wpywem wody w rwnej iloci na glukoz i fruktoz (wzr 1.). Szybkod tej reakcji zaley od stenia jonw wodorowych H+ w roztworze.

122211 + 2 6126 + 6126 (glukoza) (fruktoza)

Wzr 1.

Inwersja sacharozy jest przykadem reakcji pierwszego rzdu. W zwizku z tym szybkod reakcji wyraa wzr 2.

=

Wzr 2.

Aby mierzyd szybkod reakcji zastosowano w tym przypadku zjawisko polaryzacji wiata. Byo to moliwe, poniewa sacharoza polaryzowaa wiato lewoskrtnie, natomiast glukoza z fruktoz prawoskrtnie. Poprzez obserwacj zmiany kta skrcenia w czasie mona byo wycignd odpowiednie wnioski, co do szybkoci zachodzenia reakcji.

PRZEBIEG DOWIADCZENIA

W celu przygotowania roztworu wyjciowego odwaono ok. 20 g sacharozy. Sacharoz przeniesiono bezstratnie do zlewki i rozpuszczono w wodzie destylowanej otrzymujc 100 cm3 roztworu. Tak przygotowany roztwr sacharozy posuy do wyznaczenia pocztkowego kta skrcenia. Do wykonania pomiarw posuyy trzy polarymetry: jeden manualny i dwa automatyczne.

Aby dokonad pomiaru, najpierw zmierzono kt skrcenia wiata w polarymetrze manualnym z cylindrem napenionym czyst wod. Wartod tego kta naleao potem odjd od wszelkich dalszych pomiarw wykonywanych przy pomocy tego polarymetru. Kt ten zosta oznaczony jako . Pozostae dwa polarymetry rwnie skalibrowano przy pomocy

czystej wody. Nastpnie napeniono rurk polarymetru przygotowanym roztworem sacharozy i odczytano kt skrcenia wiata. Kt ten by rwny 2 0, poniewa stenie roztworu wyjciowego byo 2 razy wiksze ni stenia kolejnych prbek rozcieoczonych kwasem solnym. Nastpnie przygotowano 4 prbki zawierajce po 12 cm3 roztworu wyjciowego i 12 cm3 HCl o rosncym steniu. Dla kadej prbki w momencie dodania HCl do roztworu sacharozy rozpoczynano pomiar czasu za pomoc stoperw. Po napenieniu rurek polarymetrw kolejnymi prbkami badawczymi i umieszczeniu ich w urzdzeniach odczytywano kty skrcenia wiata co 5 min od momentu rozpoczcia pomiaru czasu. Wyniki pomiarw zestawiono w tabeli poniej.

OPRACOWANIE WYNIKW Kt skrcenia cukru inwertowanego:

= 25,52 0 = 12,5

= 0 0,44 0,005 = 3,905 Wzr 3.

Tabela 1. Kty skrcenia wiata dla okrelonych steo HCl uzyskane wyniki.

Wykres 1. Funkcja = ln() i jej regresja liniowa dla katalizatora o steniu pierwotnym 1M.

T [min] dla okrelonych steo HCl:

0,5 mola HCl 1 mol HCl 1,5 mola HCl 2 mole HCl

5 13,9 12,68 10,06 9,55

10 12,55 11,39 7,78 6,6

15 12,2 10,15 5,82 4,35

20 11,8 9,02 4,18 2,7

25 11,5 8,02 2,82 1,3

30 11,05 7,08 1,61 0,2

35 10,75 6,24 0,71 -0,6

40 10,4 5,46 -0,07 -1,05

45 10 4,75 -0,81 -1,6

50 9,7 4,1 -1,3 -2,1

55 9,4 3,5 -1,74 -2,9

60 9 2,95

Wykres 2. Funkcja = ln() i jej regresja liniowa dla katalizatora o steniu pierwotnym 2M.

Wykres 3. Funkcja = ln() i jej regresja liniowa dla katalizatora o steniu pierwotnym 3M.

Wykres 4. Funkcja = ln() i jej regresja liniowa dla katalizatora o steniu pierwotnym 4M.

Tabela 2. Obliczone stae szybkoci reakcji dla okrelonych steo HCl.

Stae szybkoci reakcji wyliczono na podstawie wspczynnika kierunkowego regresji liniowej dla pomiarw poszczeglnych steo katalizatora.

Stenie katalizatora (HCl) w prbkach Staa szybkoci reakcji k *min-1]

0,5 3 0,005378

1 3 0,01608

1,5 3 0,037504

2 3 0,054288

Wykres 5. Zalenod staej szybkoci reakcji do stenia katalizatora.

Rwnanie funkcji k(ckat) na podstawie rwnania Ostwalda dla reakcji przebiegajcej w obecnoci katalizatora:

= 0,03363 0,013724 Wzr 4.

Dla wyznaczonych wartoci k, prosta regresji liniowej spenia rwnanie Ostwalda, co pozwala

obliczyd parametry k1 i k2. Wspczynnik kierunkowy prostej k2 jest dodatni, a wic staa

szybkoci reakcji ronie wraz ze wzrostem stenia.

Sawosz Gala

WNIOSKI

Wyniki pomiarw uzyskano z dobr dokadnoci. Do badao uyto dwch

typw urzdzeo pomiarowych: rcznego polarymetru koowego (roztwory 0,5M i 2M

HCl) i nowoczesnych automatycznych polarymetrw cyfrowych (roztwory 1M i 1,5M

HCl). Na wykresach widad rnic w dokadnoci pomiarw pomidzy rcznym a

automatycznym urzdzeniem. Polarymetry cyfrowe uzyskay wysokie dokadnoci

przy niemal liniowej charakterystyce pomiarw. Najnisz dokadnod uzyska pomiar

polaryzatorem koowym 2M roztworu katalizatora. Powodami mogy byd

szybko postpujca reakcja lub bdy w odczycie noniusza.

. Mona stwierdzid, e staa szybkoci reakcji jest cile zwizana ze steniem

katalizatora uczestniczcego w reakcji. Na podstawie pomiarw i zgodnie z

rwnaniem Ostwalda mona wyliczyd liniow zalenod staej szybkoci reakcji od

stenia katalizatora. Wraz ze wzrostem jego stenia nastpuje proporcjonalny

wzrost staej szybkoci reakcji, czyli szybciej sacharoza przechodzi w cukier

inwertowany, a ukad osiga stan rwnowagi.

Mariusz Hajdya

WNIOSKI

Po przeanalizowaniu otrzymanych wynikw jasno widad, e badanie kta

skrcenia wiata spolaryzowanego jest dobrym sposobem wyznaczania staych

rwnania kinetycznego, w ktrym bior udzia zwizki czynne optycznie. Na

szczegln uwag zasuguj rnice w opracowywaniu wynikw pochodzcych z

rnych modeli aparatury pomiarowej. Rozkad punktw na podstawie odczytw

polarymetru manualnego sugeruje, i jest to narzdzie podatne na pojedyncze spore

odchylenia od liniowych zalenoci, jednak pominicie tych danych pozwala na

bardzo dokadne wykonanie regresji liniowej i otrzymanie wiarygodnego wyniku.

Aparatura pautomatyczna i automatyczna, mimo, e jest wygodna w uyciu i nie

wymaga tak duego udziau czowieka, daje odczyty przypominajce ukadem funkcj

wymiern, a nie zalenod liniow. Wynika z tego, e bd ludzki przy uyciu sprztu

mechanicznego w tej metodzie badawczej ma mniejsze znaczenie ni bdy

systematyczne wynikajce z niedokadnoci aparatury elektronicznej przeznaczonej

do rutynowych przemysowych kontroli.

Pawe Winiewski

WNIOSKI

Analizujc wyniki mog spokojnie stwierdzid, e stenie katalizatora ma

istotny wpyw na szybkod zachodzenia reakcji. Dokadne dane znajduj si w

tabelach i na wykresach. Jedyne odstpstwo od prawidowoci zauwayem przy

roztworze z czteromolowym katalizatorem. Zauwayem, e w pewnym momencie

wartoci kta skrcenia zaczy dawad dziwne wyniki. Moliwe, e jest to zwizane z

uyciem w tym przypadku polarymetru analogowego. Jako drugi powd mog podad

czynnik ludzki (tj. ja), ktry mia problemy z odczytaniem wartoci ujemnych na tym

polarymetrze.