آزمایش تعیین ثابت سرعت واکنش به روش هدایت سنجی
هدف: ثابت سرعت واکنش صابونی شدن اتیل استات در دماهای مختلف و محاسبه انرژی فعال کنندگی به روش هدایت سنجی .
وسایل لازم : دستگاه هدایت سنجی ، اتیل ، سود ، بالن ژوژه ، کرونومتر ، بشر بزرگ، حمام آب داغ ،
تئوری آزمایش :
هیدرولیز اتیل استات در محیط قلیایی بر تبق واکنش زیر می باشد:
CH3 CO2 C2 H 5 + NaOH → C2 H5 OH + CH3 CO2 Na
اتیل با سود واکنش می دهد و الکل و استات سدیم مححول آن است . الکل از طریق پیوند هیدروژنی درون آب حل میشود و اتیل استات از طریق یونی در آب حل می شود این واکنش دو مولکولی ،مرتبه دوم می باشد.پیشرفت این واکنش می تواند با اندازه گیری تغییر هدایت مخلآوط واکنش نسبت به زمان دنبالآ شود . هدایت مخلوط واکنش با پیشرفت زمان کاهش می یابد.، زیرا یونهای بسیار متحرک OH- ، توسط یونهای کم تحرک CH3CO2- جایگزین می شود.
شکل دیفرانسیلی معادله قانون سرعت مرتبه دوم به صورت
dx / dt =k` ( a – x )2
می باشد که در آن x غلظت محصول و a غلظت هر کدام از مواد اولیه ( غلظت مواد اولیه یکسان در نظر گرفته شده است ) در زمان t می باشد. چنانچه غلظت هر کدام از مواد اولیه در ابتدا ao باشد شکل انتگرال گیری شده معادله قانون سرعت به صورت زیر خواهد بود:
( 1/ a ) = ( 1 / ao ) +k`t
چنانچه CO , Ct , C∞ به ترتیب ، هدایت مخلوط واکنش ، در شروع واکنش ، در زمان t و در پایان واکنش باشد معادله انتگرال گیری شده قانون سرعت به صورت زیر نوشته
می شود:
1/ ( Ct - C∞ ) = 1/ ( C0 - C∞ ) + kt
به این ترنیب ، نمودار 1/ ( Ct - C∞ ) در مقابل زمان حط راستی با شیب k حواهد بود،ثابت سرعت واکنش ( k ) مطابق معادله آرینوس
ln k = -Ea / RT + یک مقدار معلوم
با دما ارتباط پیدا می یابد . E a انرژی فعال کنندگی ، R ثابت گازها و T دمای مطلق می باشد . لذا انرژی فعال کنندگی واکنش می تواند از شیب نمودار خطی ln ( k ) در مقابل معکوس دمای مطلق بدست آید.
ضمنا لازم به ذکر است که آب چون ناخالصی دارد پس هدایت داردو هدایت آن برابر 2/71 است.
شرح آزمایش :
محلولهایی با غلظت 02/0 از اتیل استات و هیدروکسید سدیم با حجم 100 سی سی در دو بالن ژوژه مجزا تهیه می کنیم . دو بالن ژوژه را به مدت 5 دقیقه در یک حمام آب داغ با دمای 25 درجه سانتیگراد می گذاریم آنگاه مقدار cm3 10 محلول استات را با cm3 10 محلولهیدروکسید سدیم ، در یک طرف حاوی سل هدایت سنجی با دمای ثابت شده در 25 درجه ، مخلوط کرده و کرونومتر را به کار می اندازیم ، هدایت مخلوط را هر دو دقیقه و سپس هر پنج دقیقه به مدت سی دقیقه یادداشت می کنیم ، مخلوط باید در یک حمام آب با دمای ثابت 25 درجه گذاشته شده باشد ، دقت کنید که در لحظه شروع نیز باید هدایت مخلوط را بخوانیم .
مقدار cm3 10 از هر کدام از دو محلول اتیل استات و هیدروکسید سدیم را در یک ارلن مخلوط نموده و در آن را بسته و به مدت 5/0 ساعت در یک حمام آب 60 درجه بگزارید آنگاه ، مخلوط را به دمای 25 درجه رسانیده و هدایت آن را به عنوان C∞ اندازه می گیریم: حالآ این آزمایش را در دماهای 30 ، 35 ، 40 ، درجه نیز آن را تکرار می کنیم.
حال کلیه داده های خود را شامل زمان ، C0 , C∞ , C t در دماهای مختلف را در یک جدول خلاصه می کنیمو در دماهای مختلف نمودار ( 1 / C t - C∞ ) را در مقابل زمان رسم نموده و در هر مورد ثابت سرعت را می یابیم که برابر با شیب خط است.
جدول داده های به دست آمده به قرار زیر است :
|
120// |
60// |
30// |
15 // |
|
114.3 |
119 |
129.5 |
142.5 |
|
113.8 |
117.8 |
126.7 |
139.5 |
|
116.4 |
124.4 |
137.1 |
|
|
115.6 |
122.5 |
134.5 |
|
|
115.1 |
121.2 |
132.7 |
