Лабораторная работа № 1

Кинетика гидролиза сахарозы

Цель работы: Исследование кинетики гомогенной реакции гидролиза сахарозы поляриметрическим методом. Определение порядка реакции. Расчёт константы скорости реакции. Определение энергии активации реакции.

Общие сведения

Гомогенной реакцией называется реакция в которой все реагирующие вещества находятся в одной фазе (в данной лабораторной работе речь будет идти только о скоростях гомогенных реакций).

Скоростью гомогенной реакции называется изменение концентрации реагирующих веществ за единицу времени:

Скорость гомогенной реакции зависит от:

– природы реагирующих веществ;

– концентрации реагирующих веществ;

– температуры;

– присутствия катализатора.

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ

Кинетическим уравнением реакции называется уравнение, описывающее зависимость скорости данной реакции от концентрации реагирующих веществ.

Порядком реакции называется степень, в которую возводится концентрация в кинетическом уравнении реакции. Большинство реакций относится к реакциям I-го или II-го порядка.

Реакциями I-го порядка называются реакции, скорость которых прямо пропорциональна концентрации реагирующего вещества. Кинетическое уравнение реакции I-го порядка в дифференциальном виде выглядит следующим образом:

После разделения переменных: и интегрирования в пределах от c₀ до c и, соответственно от t₀ = 0 до t: получим кинетическое уравнение реакции I-го порядка в интегральном виде:

где: k – константа скорости реакции величина, которой не зависит от концентрации реагирующих веществ (зависит от температуры и наличия катализатора);

c₀ – начальная концентрация реагирующего вещества (в момент времени t₀ = 0);

c – концентрация реагирующего вещества в момент времени t;

2,3 – пересчётный коэффициент от натурального логарифма к десятичному (ln x = 2,3 lg x).

Реакциями II -го порядка называются реакции, скорость которых пропорциональна концентрации реагирующего вещества (веществ) в квадрате. Кинетическое уравнение реакции II -го порядка в дифференциальном виде выглядит следующим образом:

После разделения переменных: и интегрирования в пределах от c₀ до c и, соответственно от t₀ = 0 до t: получим кинетическое уравнение реакции II -го порядка в интегральном виде:

Определение порядка и константы скорости реакции

Существует несколько способов экспериментального определения порядка и константы скорости реакции по экспериментальным данным. Все эти способы основываются на анализе изменения концентрации одного из реагирующих веществ (или продуктов реакции) во времени.

Рассмотрим наиболее распространённый и удобный графический способ.

Если кинетическое уравнение реакции I-го порядка представить в виде:

то оказывается, что для реакции I-го порядка зависимость lg c = f (t) должна носить линейный характер. Линейность этой зависимости, построенной по экспериментальным данным, позволяет сделать вывод о том, что данная реакция является реакцией I-го порядка. Константа скорости реакции в данном случае определяется из соотношения: tg  = – где:  – угол наклона графика зависимости lg c = f (t).

Если описанная зависимость оказывается нелинейной, это свидетельствует о том, что данная реакция не является реакцией I-го порядка. В этом случае представляют кинетическое уравнение реакции II -го порядка в виде:

Из этого уравнения следует, что для реакции II -го порядка должна быть линейна зависимость , а константа скорости определяется из соотношения: tg  = k где:  – угол наклона графика зависимости .