ETAANHAPPE ANHÜDRIIDI HÜDRATATSIOONI KIIRUSE MÄÄRAMINE ELEKTRIJUHTIVUSE MEETODIL (0)

TTÜ
Materjaliteaduse instituut
füüsikalise keemia õppetool
Töö nr 24
Töö pealkiri: ETAANHAPPE ANHÜDRIIDI HÜDRATATSIOONI KIIRUSE MÄÄRAMINE ELEKTRIJUHTIVUSE MEETODIL
Üliõpilase nimi ja eesnimi Rando Veberson
Õpperühm 123467 KATB41
Töö teostamise
kuupäev: 12.02.2014
Kontrollitud:
Arvestatud:
24.töö
ETAANHAPPE ANHÜDRIIDI HÜDRATATSIOONI KIIRUSE MÄÄRAMINE ELEKTRIJUHTIVUSE MEETODIL
Töö ülesanne. Lahjendatud vesilahuses kulgeva esimest järku reaktsiooni
(CH3CO)2O + H2O = CH3COOH
kiiruskonstandi määramine.
Reaktsiooni kineetikat uuritakse elektrijuhtivuse mõõtmise teel, mis lubab reaktsiooni pidevalt jälgida proove võtmata. Süsteemi elektrijuhtivus kasvab ajas oluliselt etaanhappe (äädikhappe) moodustumise tõttu.
Aparatuur . Vesitermostaat; juhtivusmõõtja juhtivusnõuga või anduriga; lihvkorgiga 50-ml kolb , 100-ml kolb, 6-ml pipett; stopper .
Töö käik. Termostaat reguleeritakse juhendaja poolt antud temperatuurile (lubatud temperatuurikõikumised 0,1 - 0,2°C). Termostaati asetatakse 100-ml kolb destileeritud veega.
50-ml mahuga mõõtekolbi mõõdetakse 6 ml etaanhappe (äädikhappe) anhüdriidi ja täidetakse kriipsuni eelnevalt termostateeritud (vajaliku temperatuurini soojendatud) destilleeritud veega. Etaanhappe lahustamise algmomendil käivitatakse stopper ja lastakse see seiskamata käia katse lõpuni (kuni püsiva elektrijuhtivuse väärtuse saavutamiseni). Stopperi järgi fikseeritakse lahustumise algus ja lõpp. (Vee lisamisel on selgesti näha kahe vedeliku piir, loksutamisel tekib hägu. Hägu kadumist tuleb lugeda lahustumise lõppmomendiks.) Lahus­tumise alguse ja lõpu hetkede keskmine loetakse reaktsiooni alguseks.
Juhtivusnõu loputatakse uuritava lahusega ja seejärel täidetakse sama lahusega nii, et elektroodid oleks kaetud vähemalt 1 cm paksuse lahuse kihiga . Juhtivusnõu asetatakse termostaati ja loksutatakse selles umbes minut püsiva temperatuuri saavutamiseks.
Juhtivusmõõtja annab väljundi voltides, mis tuleb teisendada millisiimensiteks arvestusega, et 1 V vastab 5 mS-ile.
Katseandmete töötlemine. Kuna uuritav reaktsioon on esimest järku, siis tehakse arvutused vastavalt võrrandile
kus k - reaktsiooni kiiruskonstant,
co - etaanhappe anhüdriidi algkontsentratsioon,
co-cx - etaanhappe anhüdriidi kontsentratsioon ajamomendil t reaktsiooni algusest,
cx - ajamomendiks t ärareageerinud anhüdriidi kontsentratsioon,
t - aeg reaktsiooni algusest, min.
Elektrijuhtivuse kasv ajas on võrdeline tekkiva etaanhappe kontsentratsiooniga , kogu tekkiva etaanhappe hulk on aga võrdeline lahustatud etaanhappe anhüdriidi hulgaga. Seega elektrijuhtivuse suurenemine kogu reaktsiooni vältel on võrdeline etaanhappe anhüdriidi algkontsentratsiooniga.
Tähistanud
χo - lahuse elektrijuhtivus reaktsiooni alghetkel ,
χt - elektrijuhtivus antud momendil t,
χ∞ -viimane mõõdetud elektrijuhtivus (juba konstantne ),
saame:
co = const (χ∞ -χ0)
(co-cx) = const· (χ∞ -χ0) - const ·(χt -χ0) = const · (χ∞ -χ0 - χt + χ0 ) = const · (χ∞ - χt )
seega
Lahuse juhtivust katse algul χ0 ei õnnestu otseselt mõõta, kuna reaktsiooni algusest kuni esimese mõõtmiseni kulub teatud aeg. Seetõttu leitakse χo ekstrapoleerimise teel graafikust , kus abstsissteljele kantakse aeg minutites. Esimest järku reaktsiooni punktid peavad neis koordinaatides paiknema sirgel. Saadud sirge lõikumisel ajahetkele t = 0 vastava vertikaaliga leitakse
millest arvutatakse χo.
Reaktsiooni kiiruskonstant arvutatakse eraldi igale katsepunktile ja leitakse neist keskmine. Viimast võrreldakse graafiliselt sirge
tõusust arvutatud kiiruskonstandi-ga.
Kahel temperatuuril määratud keskmistest kiiruskonstantidest ( tava­liselt sooritab katse teisel temperatuuril teine üliõpilane) arvutatakse antud reaktsiooni aktiveerimisenergia ja Arrheniuse võrrandi ekspo­nendieelne kordaja. Kui teisel temperatuuril ei ole kiiruskonstanti määratud, esitatakse ainult aktiveerimisenergia ja eksponendieelse teguri arvutusvalemid.
Katse 1.
Kõigepealt soojendasin 100ml kolvis olevas destilleeritud vee 25 kraadini, seejärel pipeteerisin 6ml etaanhappe anhüdriidi 50ml-sesse kolbi ja täitsin kriipsuni 25 kraadise destveega.
c0=0,188 V
T= 25oC
Lahustumise lõpp=120s
Reaktsiooni algus=60s
Stopperi näit juhtivuse mõõtmise alustamisel : 4min 35 sek
60/60=1,0min, Stopperi ja juhtivuse ajaline samm on 4,58-1,00=3,58 min
Tabelis arvutatud aeg minutites on oluline graafiku jaoks.
Arvuti aeg
Juhtivus
juhtivus
Jrk. nr.
Aeg
Sekundid
V
μS
t+3,58min
0
0,647
3235
3,583333
940
6,845879875
0,169289
5
0,648
3240
1
3,666667
935
6,840546529
0,166896
10
0,65
3250
2
3,75
925
6,829793738
0,166055
15
0,651
3255
3
3,833333
920
6,82437367
0,163859
20
0,653
3265
4
3,916667
910
6,8134446
0,163163
25
0,654
3270
5
4
905
6,807934944
0,161141
30
0,655
3275
6
4,083333
900
6,802394763
0,159209
35
0,656
3280
7
4,166667
895
6,796823718
0,157362
40
0,658
3290
8
4,25
885
6,785587645
0,156921
45
0,659
3295
9
4,333333
880
6,779921907
0,15521
50
0,66
3300
10
4,416667
875
6,774223886
0,153572
55
0,662
3310
11
4,5
865
6,762729507
0,153282
60
0,663
3315
12
4,583333
860
6,756932389
0,15176
120
0,679
3395
24
5,583333
780
6,65929392
0,142067
180
0,695
3475
36
6,583333
700
6,551080335
0,136925
240
0,709
3545
48
7,583333
630
6,445719819
0,132762
300
0,722
3610
60
8,583333
565
6,336825731
0,129981
1000
0,802
4010
200
20,25
165
5,105945474
0,115879
1600
0,824
4120
320
30,25
55
4,007333185
0,11389
2185
0,834
4170
437
40
5
1,609437912
0,146077
keskmine k=0,123687
2319,889μS
Siin tabelis on näha, et elektrijuhtivuse mõõtmise algul on ln(k∞ - kt) 7,5257, ning tõus on -0,1255.
Katse 2.
T=35oC
Lahustumise lõpp= 50 sek
Reaktsiooni algus= 25 sek
juhtivust hakkasin mõõtma 1:37
25/60=0,42min, Stopperi ja juhtivuse ajaline samm on 1,62- 0,42=1,2 min
Time
Juhtivus
Juhtivus
Aeg(minutites)
k
Seconds
V
μS
t+1,2min
0
0,59
2950
1,2
1735
7,458763
0,270614
5
0,594
2970
1,283333
1715
7,447168
0,262077
10
0,6
3000
1,366667
1685
7,429521
0,259009
15
0,606
3030
1,45
1655
7,411556
0,256513
20
0,612
3060
1,533333
1625
7,393263
0,254502
25
0,619
3095
1,616667
1590
7,371489
0,254852
30
0,625
3125
1,7
1560
7,352441
0,253564
35
0,632
3160
1,783333
1525
7,32975
0,254439
40
0,638
3190
1,866667
1495
7,309881
0,253724
45
0,644
3220
1,95
1465
7,289611
0,253277
50
0,651
3255
2,033333
1430
7,26543
0,254789
55
0,657
3285
2,116667
1400
7,244228
0,254774
60
0,662
3310
2,2
1375
7,226209
0,253314
180
0,772
3860
4,2
825
6,715383
0,254313
240
0,808
4040
5,2
645
6,46925
0,25274
300
0,836
4180
6,2
505
6,224558
0,251442
900
0,926
4630
16,2
55
4,007333
0,233097
1405
0,936
4680
24,61667
5
1,609438
0,250808
keskmine: 0,243327
2310,363μS
Siin tabelis on näha, et elektrijuhtivuse mõõtmise algul on ln(k∞ - kt) 7,7726, ning tõus on 0,2396
Keemilise reaktsiooni kiirus kasvab temperatuuri tõustes. Laias temperatuurivahemikus kirjeldab reaktsiooni kiiruse sõltuvust temperatuurist Arrheniuse võrrand:
, kus k- reaktsiooni kiiruskonstant, R – universaalne gaasikonstant , T – absoluutne temperatuur, E – reaktsiooni aktiveerimisenergia.
Reaktsiooni aktiveerimisenergia leidmiseks kahel temperatuuril määratud keskmistest kiiruskonstantidest kasutatakse järgmist võrrandit:
kus k1 - temperatuuril T1 toimunud reaktsiooni kiiruskonstant, k2 – temperatuuril T2 toimunud reaktsiooni kiiruskonstant, E – aktiveerimisenergia, R – universaalne gaasikonstant.
ln(0,123687/0,244327)=E/8,31(1/308-1/398)
E= (1/308-1/298)/8,314 * ln(0,123687/0,244327)=-13,1*10-6 * ln(0,123687/0,244327)=
8,92*10-6J
Järeldus
Siit saab järeldada, et kõrgema temperatuuri korral on eletrijuhtivuse konstant etaanhappe anhüdriidi lahuses suurem. Ja selgus ka see, et etaanhappe on parem elektrijuht kui etaanhappe anhüdriid.