Etaanhappe anhüdriidi hüdratatsiooni kiiruse määramine elektrijuhtivuse meetodil (0)

TTÜ
Materjaliteaduse instituut
füüsikalise keemia õppetool
Töö nr
24f
Töö pealkiri
Etaanhappe anhüdriidi hüdratatsiooni kiiruse määramine elektrijuhtivuse meetodil
Üliõpilase nimi ja eesnimi
Reimann Liina
Õpperühm
KATB41
Töö teostamise
kuupäev:
18.03.2015
Kontrollitud:
Arvestatud:
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.
Katse käik. Termostaat reguleeritakse juhendaja poolt antud temperatuurile. Termostaati asetatakse 100-ml kolb destileeritud veega.
Lülitatakse sisse arvuti ja käivitatakse programm „PicoLog“. Avaneb aken „PLW Recorder“. Klõpsata „File“ ja rippmenüüst „New settings“. Avaneb aken „Recording“, millel klõpsata midagi muutmata OK. Avaneb aken „Sampling Rate“, milles saab valida mõõteintervalli ja maksimaalse mõõtmiste arvu. Seejärel OK. Avaneb aken „Converter details “. Valida PicoLog 1012/1216 ja OK. Avaneb aken „Picolog 1012 measurements“. Klikkida „add“ ja valida kanal 1, siis klikkida „options“ ja OK (salvestab seadistused ). Avaneb aken „ Parameter Options“. Märgistada „Use parameter Formatting“, siis OK mitu korda, kuni jääb avatuks ainult aken „PLW Recorder“. Nüüd tuleb teha uus fail andmete jaoks. Selleks klõpsata „File“ ja rippmenüüst „New data“ ning kirjutada faili nimi (kuupäev ja oma nimi), seejärel „save“. Nüüd on programm valmis juhtivuse mõõtmiseks.
50-ml mahuga mõõtekolbi mõõdetakse 6 ml etaanhappe (äädikhappe) anhüdriidi ja täidetakse kriipsuni eelnevalt termostateeritud 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. Loksutamisel tekib hägu ja 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.
Seejärel lülitatakse sisse juhtivusmõõtja ja alustatakse juhtivuse registreerimist, klõpsates punasel noolel (start recording). Fikseeritakse stopperi näit sel momendil . Tulemusi saab jälgida tabeli või graafiku kujul, klõpsates vastavatel nuppudel. Reaktsioon on lõppenud, kui juhtivus jääb konstantseks. Töö lõpetamisel tuleb klõpsata nuppu „Stop recording“ ja salvestada andmed, klõpsates „File“ ja „Save as“.Juhtivusmõõtja annab väljundi voltides, mis tuleb teisendada millisiimensiteks arvestusega, et 1 V vastab 5 mS-ile.
Valemid
– reaktsiooni kiiruskonstant
– etaanhappe anhüdriidi algkontsentratsioon
– etaanhappe anhüdriidi kontsentratsioon ajamomendil t reaktsiooni algusest
– ajamomendiks t ärareageerinud anhüdriidi kontsentratsioon
– aeg reaktsiooni algusest, min.
– lahuse elektrijuhtivus reaktsiooni alghetkel
– elektrijuhtivus antud momendil t
- viimane mõõdetud elektrijuhtivus (juba konstantne )
Katsetulemused
Lahuse kontsentratsioon
A. Katse temperatuuril 35°C
Lahustumise lõpp 45 s = 0,75 min,
Reaktsiooni algus 0,75/2=0,375 min.
Stopperi näit juhtivuse mõõtmise alustamisel 1 min 37 s ehk 1,62 min
1,62 – (0,75/2)=1,245 min.
Aeg katse algusest=1,245 min + arvuti aeg (e juhtivuse mõõtmise algusaeg )
Jrk. nr
Aeg juhtivuse mõõtmise algusest,s
Aeg katse algusest t, min
 
 µS
 
 
 
 V
ln
 
 
1
0
1.25
0.639
3195
1120
7.02
0.411293
2
10
1.41
0.647
3235
1080
6.98
0.390414
3
20
1.58
0.658
3290
1025
6.93
0.381489
4
30
1.75
0.669
3345
970
6.88
0.375945
5
40
1.91
0.679
3395
920
6.82
0.372160
6
50
2.08
0.688
3440
875
6.77
0.365854
7
60
2.25
0.698
3490
825
6.72
0.364363
8
70
2.41
0.707
3535
780
6.66
0.363447
9
80
2.58
0.715
3575
740
6.61
0.359903
10
90
2.75
0.723
3615
700
6.55
0.357862
11
100
2.91
0.73
3650
665
6.50
0.355812
12
110
3.08
0.737
3685
630
6.45
0.353727
13
120
3.25
0.744
3720
595
6.39
0.352812
14
180
4.25
0.776
3880
435
6.08
0.343495
15
240
5.25
0.8
4000
315
5.75
0.339548
16
300
6.25
0.817
4085
230
5.44
0.335539
17
360
7.25
0.83
4150
165
5.11
0.335070
18
660
12.25
0.858
4290
25
3.22
0.352353
19
700
12.91
0.86
4300
15
2.71
0.373908
20
815
14.83
0.863
4315
0
 
 
Keskmine k= 0,3623 min-1
Selleks, et leida tasakaalukonstanti (K) pidi leidma-i. Seda aga polnud võimalik otseselt leida ning sellepärast leidsin selle graafikust , kus absissteljel oli aeg minutites. Saadud sirge lõikumisel ajahetkel t=0 vastava vertikaaliga leidsin , millest arvutasin .
Kiiruskonstant graafikult : =-0,3566 min-1
B. Katse temperatuuril 45°C
Lahustumise lõpp 36 s = 0,6 min,
Reaktsiooni algus 0,6/2=0,3 min.
Stopperi näit juhtivuse mõõtmise alustamisel 1 min 4 s ehk 1, 067 min
1,067 – (0,6/2)=0,767 min.
Aeg katse algusest= 0,767 min + arvuti aeg (e juhtivuse mõõtmise algusaeg)
Jrk. nr
Aeg juhtivuse mõõtmise algusest,s
Aeg katse algusest t, min
 
  µS
 
 
 
 V
ln 
 
 
1
0
0.767
0.625
3125
1935
7.57
1.253271
2
10
0.93
0.668
3340
1720
7.45
1.155704
3
20
1.10
0.689
3445
1615
7.39
1.037896
4
40
1.43
0.729
3645
1415
7.25
0.888796
5
60
1.77
0.765
3825
1235
7.12
0.798130
6
97
2.38
0.779
3895
1165
7.06
0.616129
7
100
2.43
0.829
4145
915
6.82
0.702725
8
110
2.60
0.84
4200
860
6.76
0.681524
9
120
2.77
0.853
4265
795
6.68
0.668876
10
238
4.73
0.889
4445
615
6.42
0.445215
11
245
4.85
0.952
4760
300
5.70
0.582504
12
300
5.77
0.973
4865
195
5.27
0.564613
13
360
6.77
0.987
4935
125
4.83
0.546891
14
560
10.10
1.008
5040
20
3.00
0.547842
15
690
12.27
1.012
5060
0
 
 
Keskmine k= 0, 7492 min-1
Selleks, et leida tasakaalukonstanti (K) pidi leidma-i. Seda aga polnud võimalik otseselt leida ning sellepärast leidsin selle graafikust , kus absissteljel oli aeg minutites. Saadud sirge lõikumisel ajahetkel t=0 vastava vertikaaliga leidsin , millest arvutasin .
Kiiruskonstant graafikult = -0,4712 min -1
Arvutused

Lahuse kontsentratsioon
mol

Temperatuuril 35°C leian :

Temperatuuril 45°C leian :

Aktiveerimisenergia ja Arrheniuse võrrandi eksponendieelse kordaja arvutamine
, kus
R – universaalne gaasikonstant
T – absoluutne temperatuur
k – reaktsiooni kiiruskonstant
A – eksponendieelne tegur
E – aktivatsioonienergia
Reaktsiooni aktivatsioonienergia leidmiseks kahel temperatuuril määratud keskmistest kiiruskonstantidest:
, kus
k1 - temperatuuril T1 toimunud reaktsiooni kiiruskonstant
k2 – temperatuuril T2 toimunud reaktsiooni kiiruskonstant
E – aktiveerimisenergia
R – universaalne gaasikonstant.
Avaldada sellest E:
9,84* 1010
Järeldus
Katse õnnestus, sest temperatuuri tõustes kiiruskonstant kasvas ning lõpuks jäi
konstantseks. Lisaks sellele tuli arvutatud keskmine kiiruskonstant ja graafikult leitud kiiruskonstant esimese katse puhul väga lähedane , teise katse puhul oleks võinud tulemus olla täpsem. Viga võis tuleneda ebatäpsest aja määramisest.