تعیین سرعت واكنش

[The Idealist 1,526]

عنوان: تعیین سرعت واكنش

هدف آزمایش: اثر غلظت برسرعت واكنش

وسایل مورد نیاز:

ارلن ،‌ پی پت ، پی ست ، کرنومتر ، پی ست

مواد مورد نیاز:

محلول پتاسیم یدات0.02M ، محلول سولفیت سدیم

تئوری:

سینتیک شیمیایی:

سینتیک شیمیایی یا سینتیک واکنش شاخه‌ای از علم است که به مطالعه‌ی سرعت فرآیندهای شیمیایی و عوامل موثر بر آنها می‌پردازد.

سرعت واکنش :

عبارت از تغییر غلظت هر یک از مواد اولیه یا مواد حاصل نسبت به زمان انجام واکنش است

1- اندازه گیری سرعت واکنش بین ید و استون:

2- بررسی بعضی از عوامل مؤثر بر سرعت واکنشهای شیمیایی: مانند غلظت و کاتالیزور

سرعت واکنش؟

کمیتی مثبت است که میزان تغییر غلظت یکی از واکنش دهنده ها یا محصول واکنش را نسبت به واحد زمان (ثانیه، دقیقه، ساعت و ... ) نشان می دهد.

عوامل مؤثر بر سرعت واکنش:

1- نوع واکنش دهنده

2- غلظت واکنش دهنده ( با افزایش غلظت، سرعت افزایش می یابد )

3- دما (افزایش دما باعث افزایش سرعت می شود ،گاهی با افزایش 10 درجه، سرعت 2 تا 3 برابر می شود ) دما روی k تاثیر دارد ، روی سرعت هم تاثیر می گذارد.

K= ثابت سرعت ؛ A= فاکتور فرکانس؛ = انرژی فعالسازی

R= ثابت جهانی گازها؛ T= دما ( کلوین )

4-کاتالیزور ( در وجود کاتالیزور واکنش با سرعت بیشتری انجام می گیرد )

مثالهایی از واکنش های فوق سریع :

تشکیل رسوب نقره کلرید به هنگام مخلوط شدن محلولهای حاوی یون های کلرید و نقره

تشکیل آب به محض مخلوط شدن محلول های اسید و باز در معادله ی شماره ی(2) و نشانه ی غلظت مولی واکنش دهنده های A و B است.

K ثابت سرعت واکنش (rate constant ) نامیده می شود.

m و n مرتبه ی واکنش نسبت به واکنش دهنده های A و B است.

انرژی فعالسازی واکنش :

حداقل انرژی لازم برای فراهم کردن کمترین تحرک واکنش دهنده ها در شروع واکنش است. رابطه ی بین K ( ثابت سرعت ) ، ( انرژی فعالسازی ) و T ( دما به

درجه ی کلوین ):

 

(3)اگر R ( ثابت گازها ) را برابر 8.314

J/mol .k در معادله ی (3) قرار دهیم، بر حسب J/mol محاسبه خواهد شد. در عمل با اندازه گیری k یک واکنش در دماهای مختلف می توان آن واکنش را از روی منحنی به دست آورد.

در این آزمایش سرعت واکنش بین ید و استون ( واکنش 1 ) را اندازه گیری می کنیم. سرعت این واکنش علاوه بر غلظت ید و استون به غلظت یون هیدروژن نیز بستگی دارد. بر طبق معادله ی (2) رابطه ی سرعت برای این واکنش عبارت است از :

m و n و p مرتبه ی واکنش نسبت به استون، ید و یون هیدروژن است.

مرتبه ی کل واکنش = m + n + p

سرعت این واکنش از تغییرات غلظت به مدت زمان تغییر غلظت به دست می آید.

اگر t زمان لازم باشد تا رنگ محلول مربوط به غلظت اولیه ناپدید شود، سرعت واکنش با استفاده از معادله ی (5) برابر خواهد شد با :

غلظت اولیه ی ید است.

می توان سرعت واکنش را با تغییر دادن غلظت موارد اولیه تغییر داد.

برای مثال اگر غلظت اولیه ی استون را نسبت به مخلوط شماره ی (I) دو برابر کنیم، اما غلظت ید و را ثابت نگهداریم، معادله ی سرعت برای مخلوط شماره ی (II) تغییر خواهد کرد. معادله ی (7ب ) معادله ی سرعت را برای مخلوط شماره ی (II) نشان می دهد :

تاثیر سرعت روی غلظت با استفاده از روابط ریاضی:

از تقسیم دو رابطه ی (7) بر یکدیگر می توان m ( مرتبه ی واکنش نسبت به استون ) را بدست آورد :

با اندازه گیری سرعت واکنش در مخلوط های (I) و (II) می توان نسبت سرعت ها را که مساوی است پیدا کنیم. سپس معادله را برای محاسبه ی m از طریق لگاریتم حل می کنیم. اگر نسبت عددی را برابر Y فرض کنیم، جواب آن بدین شکل است :

 

به روش مشابه نیز می توانیم مرتبه ی واکنش را نسبت به غلظت یون و تعیین کنیم. سپس با داشتن مرتبه ی هر واکنش دهنده، غلظت آنها و سرعت واکنش و K را بدست آوریم.

روش کار :

ابتدا درهرمرحله مقدارپتاسیم یدات وآب مقطر رادرارلن بریزید،سپس بااضافه کردن مقدار سولفیت سدیم(نشاسته)کرنومترراآغاز وباکدر شدن محلول(نشانه پایان واکنش)کرنومتررامتوقف وزمان رایادداشت کنید.این کاررابرای مراحل با غتظت های متفاوت پتاسیم یدات انجام دهید ونتایج رایادداشت کنید.

جدول حاصل از آزمایش:

جدول حاصل از محاسبات:

lnCA/CA. CA/CA. K

(1/s)

R

(mol/m3.s) t

( s) CA.=.[KIO3]

(mol/Lit) CA=[KIO3]

(mol/Lit)

2.3- 0.1 0.016 0.013 143 0.02 0.002

1.89- 0.15 0.02 0.032 92 0.02 0.003

1.6- 0.2 0.022 0.057 70 0.02 0.004

0.91- 0.4 0.026 0.235 34 0.02 0.008