Робота № 6/2. Вивчення кінетики інверсії цукру

Мета роботи.Визначити константу швидкості реакції 1-го порядку.

Методика роботи.Швидкість гомогенної реакції можна визначити як

(1)

де С - концентрація вихідних речовин. Також

, (2)

де С₁, С₂ - концентрації реагуючих речовин; n₁, n₂ - порядки реакції, відповідно, за речовиною "1" і "2"; k - константа швидкості реакції.

При реакції гідролізу цукру (І) утворюються глюкоза (II) та фруктоза (III):

.

І II III

Усі три речовини мають асиметричний атом вуглецю, і тому вони є оптично активними. Водний розчин цукру обертає площину поляризації світла, що проходить, праворуч, а розчин продуктів - ліворуч. За час проходження реакції праве обертання змінюється лівим. Тому цю реакцію називають реакцією інверсії.

Для вивчення швидкості інверсії цукру беруть 10-20%-ний розчин. Під час реакції концентрація води змінюється дуже мало, що надає можливість вважати її сталою. Тому ця реакція йде за першим порядком. Якщо порядок реакції зменшується за рахунок надлишку одного з реагентів, то це вважають псевдопорядком реакції.

Гідроліз цукру не йде у нейтральному водному середовищі, його прискорюють сильні кислоти, такі як соляна.

Константу швидкості реакції розраховують за рівнянням

, (3)

де t - час; С₀ - початкова концентрація; С - концентрація на даний час.

Кут обертання a площини поляризації зв'язаний з концентраціею С та товщиною шару L розчину рівнянням

. (4)

Знаки (+) та (-) відповідають правому і лівому обертанню. У цукру , у глюкози , у фруктози . Кути обертання оптично активних речовин - це алгебраїчна сума кутів обертання окремих речовин (властивість адитивності кутів обертання суміші). Кут обертання розчину визначається за допомогою поляриметра.

Порядок роботи.Готують 20 мл 20%-ного розчину цукру. Об'єм розчину в два-три рази більший за об'єм поляриметричної трубки.

Додають 20 мл 3 н НС1 та записують час - це є початком реакції.

Чисту поляриметричну трубку наповнюють розчином, який вивчається. Для цього заповнюють її так, щоб утворився випуклий меніск. Потім насувають сухе покривне скло та нагвинчують притискуючу обійму так, щоб не було бульбашок повітря.

Проводять вимірювання кута обертання через 5, 10, 15, 20, 25 хв і так до 1,5 год від початку реакції.

Обробка результатів.У силу адитивності кута обертання початкова концентрація є пропорційною (a₀ - a_¥), де a₀ - початковий кут обертання; a_¥ - кінцевий, який дорівнює -12,8°.

Концентрація у кожний момент часу є пропорційною (a_t - a_¥), де a_t - кут обертання на момент часу t.

Тому для розрахунків константи швидкості інверсії цукру слід використовувати рівняння

. (5)

Оскільки заміряти початковий кут обертання (a₀) дуже важко, то будують залежність , і із значення логарифма за визначають ln(a₀ - a_¥)

Дані оформляють у вигляді таблиці.

t, с	at, град	(at - a¥), град	ln(at - a¥)	k, с

Література: [24. с. 322-360; 21, с. 217-242, 248-252; 22, с. 319-350).