Определение константы скорости гидролиза

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТЫ СКОРОСТИ ГИДРОЛИЗА
САХАРОЗЫ МЕТОДОМ ПОЛЯРИМЕТРИИ
Мазниченко А.Ю.
DETERMINATION OF THE RATE CONSTANTS OF THE
HYDROLYSIS OF SUCROSE METHOD POLARIMETRY
Maznichenko А.Y.
Инверсией сахарозы называют реакцию ее гидролитического распада
на глюкозу и фруктозу. Реакция инверсии является бимолекулярной
реакцией первого порядка, так как вода находится в большом избытке.
C12H22O11 (сахароза) + H2O
C6H12O6 (глюкоза) + C6H12O6 (фруктоза)
Кинетическое уравнение данной реакции в общем случае является
уравнением второго порядка:
Здесь Cсах и Свод – концентрации сахарозы и воды соответственно;
Однако в нашем случае реакция проводится в условиях большого
избытка воды, поэтому концентрация воды в ходе реакции практически не
изменяется и может быть включена в константу скорости; т.е. мы имеем дело
с реакцией так называемого псевдопервого порядка.
Таким образом, в данном случае скорость реакции гидролиза сахарозы
изменяется прямо пропорционально концентрации сахарозы в растворе.
Поскольку в нейтральной среде скорость реакции очень мала, она проводится
в присутствии кислоты; ионы водорода выступают в роли катализатора.
Концентрация ионов водорода, не изменяющаяся в ходе реакции, также
может быть включена в константу скорости реакции.
В задачу данной работы, помимо определения константы скорости
реакции гидролиза сахарозы, входит также и изучение её зависимости от
концентрации катализатора.
Так как реакцию мы принимаем за реакцию первого порядка,
используем интегральную форму кинетического уравнения для константы
для первого порядка
Где С0 и С – исходная и текущая концентрация сахарозы.
Для контроля за протеканием реакции в данной работе используется
один
из
оптических
методов
исследования
–
поляриметрический.
Применение его для изучения кинетики процесса гидролиза сахарозы
возможно благодаря тому, что и сахароза, и продукты гидролиза – глюкоза и
фруктоза – являются оптически активными веществами, и их водные
растворы вращают плоскость поляризации поляризованного света. Угол
вращения плоскости поляризации α прямо пропорционален концентрации
оптически активного вещества С (в г/мл) и толщине слоя d (в см):
Коэффициент пропорциональности а есть удельное вращение (или
постоянная поляризации), которое зависит от природы вещества, длины
волны поляризованного света, температуры и природы растворителя.
Удельное вращение численно равно углу поворота плоскости поляризации
света, прошедшего через слой толщиной 10см раствора, содержащего 1г
вещества в 1мл раствора и длине волны света, равной 589.6 HM (D –линия
натрия).
В ходе реакции гидролиза сахарозы угол вращения плоскости
поляризации
раствором
изменяется,
поскольку
сахароза
является
правовращающим веществом (A = 66.55°), а эквимолярная смесь глюкозы (А
= 52.50°) и фруктозы (А = -91.90°) вращает плоскость поляризации света
влево. Угол вращения плоскости поляризации света раствором, в начале
реакции положительный, по мере её протекания уменьшается, стремясь к
некоторому
оптическая
отрицательному
инверсия).
конечному
Окончанию
значению
реакции
(т.е.
соответствует
происходит
некоторое
предельное отрицательное значение угла вращения αоо.
В уравнения (4) и (5) вместо значений концентраций сахарозы можно
подставить
разности
соответствующих
углов
вращения
плоскости
поляризации света реакционной смесью. Тогда формулы (4) и (5)
приобретают следующий вид:
Для выполнения эксперимента мы приготовили 100 мл раствора
сахарозы в дистиллированной воде концентрации примерно 15 – 20 масс. %
сахарозы. Две отобранные пипеткой пробы приготовленного раствора
объёмом 25мл переносят в пронумерованные конические колбы. К первой
пробе добавляют 25мл раствора кислоты, полученную смесь перемешивают,
помещают в поляриметрическую трубку и производят измерение угла
вращения плоскости поляризации приготовленным раствором (промежуток
времени от момента добавления кислоты до измерения должен быть как
можно меньшим). Полученное значение принимают за начальный угол
вращения αо; от момента первого измерения начинают отсчёт времени
реакции. После этого аналогичные операции производят со второй пробой
(во втором опыте используют раствор кислоты другой концентрации).
Измерение угла вращения плоскости поляризации производят через
каждые 10 минут до тех пор, пока угол вращения не станет отрицательным
(не менее 10 определений).
Оставшуюся в одной из колб после заполнения поляриметрической
трубки смесь растворов сахарозы и кислоты используют для определения
конечного угла вращения αоо. Для этого смесь помещают на час в термостат с
температурой 60 °С (обязательно используют обратный холодильник!). Затем
смесь охлаждают до комнатной температуры и,
после завершения
наблюдений за изменением угла вращения в одной из опытов, помещают её в
поляриметрическую трубку и производят измерение конечного угла
вращения плоскости поляризации αоо. Поскольку исходная концентрация
сахарозы в обоих опытах одинакова, достаточно определить конечный угол
вращения для одной смеси.
№ Время
Текущее значение угла Ln( ά- ά∞)
Среднее
реакции
вращения
значение
τ
ά
константы
1
0
30.5
35.5
2
10
20
25
3
20
13
18
4
30
9.5
14.5
5
40
6
11
6
50
3
8
7
60
-1
4
8
70
-1
-5 (ά∞)
Константу скорости определяют графическим способом, как угловой
коэффициент прямой, построенной в координатах ln(ά - ά∞) - τ.
Литература
1.
Физическая
и
коллоидная
химия
Учебник
для
ВУЗов,
Хмельницкий Р.А., 2009г.
2.
Физическая химия Учебник для ВУЗов, Зимон А.Д., 2006г.
3.
Физическая химия, Стромберг А.Г., 2009г.