Etaanhappe anhüdriidi hüdratsioon (1)

Materjaliteaduse instituut TTÜ Füüsikalise keemia õppetool Töö 24 Töö pealkiri ETAANHAPPE ANHÜDRIIDI HÜDRATSIOONI KIIRUSE nr (FK) MÄÄRAMINE ELEKTRIJUHTIVUSE MEETODIL Üliõpilane MIHKEL HEINMAA Õpperühm YAGB41 Töö teostatud 07/02/2011 Arvestatud 2
TÖÖ ÜLESANNE Lahjendatud vesilahuses kulgeva esimest järku reaktsiooni (CH 3CO)2O + H2O = CH3COOH kiiruskonstandi määramine.
APARATUUR Vesitermostaat; juhtivusmõõtja anduriga; lihvkorgiga 50-ml kolb ; 6-ml pipett; stopper .
TÖÖ KÄIK Termostaat reguleeritakse juhendaja poolt antud temperatuurile (lubatud temperatuurikõikumised 0,1 - 0,2°C). 50-ml mahuga mõõtekolbi mõõdetakse 6 ml etaanhappe 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. Asutakse elektrijuhtivuse mõõtmisele. Registreeritakse erijuhtivus sõltuvalt reaktsiooniajast. Enne mõõtmist loksutatakse reaktsioonisegu. Kaks-kolm mõõtmist tehakse 30 sekundi järel, neli-viis järgmist mõõtmist 1- minutiste vaheaegadega, kaks-kolm iga 5 minuti järel, edasi tehakse mõõtmisi 10 minuti järel ja lõpuks 1 tunni järel. Reaktsioon on lõppenud, kui juhtivus jääb konstantseks. Juhtivusmõõtja on võimalik ühendada arvutiga ja jälgida juhtivuse muutust monitori ekraanil graafiliselt või tabelina. Vastava arvutiprogrammi käivitab praktikumi juhendaja või laborant. Juhtivuse mõõtmise käivitamine arvutiprogrammi abil toimub nupul start klõpsamisel mõne minuti möödumisel juhtivuse mõõtmise alustamisest. Samal ajal fikseeritakse stopperi näit, et viia ühisele ajateljele käsitsi fikseeritud ja arvutiprogrammi poolt registreeritud juhtivuse väärtused.
TEOREETILISED PÕHJENDUSED. VALEMID Kuna uuritav reaktsioon on esimest järku, siis tehakse arvutused vastavalt võrrandile
kus k - reaktsiooni kiiruskonstant , c0 - etaanhappe anhüdriidi algkontsentratsioon, c0-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 elektrijuhtivse suurenemine kogu reaktsiooni vältel on võrdeline etaanhappe anhüdriidi algkontsentratsiooniga. Tähistanud o - lahuse elektrijuhtivus reaktsiooni alghetkel , t - elektrijuhtivus antud momendil t, -viimane mõõdetud elektrijuhtivus (juba konstantne ), saame: c0 = const ( -0) (c0-cx) = const· ( -0) - const ·(t -0) = const · ( -0 - t + 0 ) = const · ( - t ) seega
Lahuse juhtivust katse algul 0 ei õnnestu otseselt mõõta, kuna reaktsiooni algusest kuni esimese mõõtmiseni kulub teatud aeg. Seetõttu leitakse o ekstrapoleerimise teel graafikust ln( - t )= f(t), kus abstsissteljele kantakse aeg minutites. Esimest järku reaktsiooni punktid peavad neis koordinaatides paiknema sirgel. Saadud sirge lõikumisel ajahetkele t = 0 vastava vertikaaliga leitakse ln( - 0 ) millest arvutatakse o. Reaktsiooni kiiruskonstant arvutatakse eraldi igale katsepunktile ja leitakse neist keskmine. Viimast võrreldakse graafiliselt sirge ln( - t )= f (t) tõusust arvutatud kiiruskonstandiga. 3
KATSETULEMUSED
(Kõik arvutused on tehtud MS Exceli keskkonnas ja arvutuskäik üksikjuhtudel pole välja toodud) o Katse temperatuur: 31 C Lahuse kontsentratsioon: 1,27 M Lahustumise lõpp: 56 s. Reaktsiooni algus: 28 s. Järgneb arvuti poolt registreeritud katseandmed , millest on siin esitatud vaid esimesed 14 ja viimane.
Aeg Juhtivus Nr. t, s t+212, s , S 1 2 214 1248 882 6,7821921 0,0033342 2 4 216 1253 877 6,7765070 0,0033296 3 6 218 1258 872 6,7707894 0,0033238 4 8 220 1264 866 6,7638849 0,0033250 5 10 222 1270 860 6,7569324 0,0033278 6 12 224 1275 855 6,7511015 0,0033241 7 14 226 1281 849 6,7440592 0,0033259 8 16 228 1287 843 6,7369670 0,0033278 9 18 230 1292 838 6,7310181 0,0033247 10 20 232 1298 832 6,7238324 0,0033271 11 22 234 1304 826 6,7165948 0,0033295 12 24 236 1309 821 6,7105231 0,0033271 13 26 238 1315 815 6,7031881 0,0033299 14 28 240 1320 810 6,6970342 0,0033278 ... 989 2100 2312 2130 0 Keskmine: 0,0026167
Et algjuhtivust pold võimalik otseselt määrata, siis on see leitud järgmiselt graafikult, kus 0 on arvutatav punktide lähendussirge lõikepunktist ajahetkel t=0 vertikaalteljega. 4
Siit: , kus . Asendades ja avaldades saan
Kõikide katsest saadud andmed esitan siinkohal graafikuna (kuna neid on kokku peaaegu 1000):
Nagu ülal toodud tabelist on näha, arvutatakse kiiruskonstant igale katseandmele eraldi ning seejärel arvutatakse kõikide katseandmete keskmine. -1 Seega on reaktsiooni kiiruskonstant k=0,0026167 s
Saadud väärtust võib võrrelda ka esimese graafiku (kust leidsin algjuhtivuse) tõusust leitud kiiruskonstandiga, -1 mis on k(tõus)=0,0033242 s , mis ei erine keskmisest väärtusest oluliselt.
JÄRELDUSED
Erinevus algjuhtivuse graafiku tõusust saadud kiiruskonstantist tuleb ilmselt sellest, et seal oli arvesse võetud vaid katsetulemuste esimesi väärtusi, mis on tegelikult kaduvväike hulk kõikidest väärtustes.