Chemie se systémem Vernier

Náměty na experimenty vycházejí z knihy Chemistry with Vernier.

30 – Určení rychlostní rovnice reakce krystalové violeti

Úvod

V tomto experimentu se budete zabývat reakcí hydroxidu sodného s acidobazickým indikátorem zvaným krystalová violeť. Cílem úlohy je zkoumat úbytek koncentrace výchozí látky (krystalové violeti) během reakce v závislosti na čase. Reakci můžeme zjednodušeně popsat následující chemickou rovnicí:

KV+(aq) + OH-(aq) ↔ KVOH(aq)

Rychlostí rovnici této reakce můžeme obecně zapsat takto:

rychlost = k[KV+]m[OH-]n

kde k je rychlostní konstanta reakce, m je dílčí řád reakce vzhledem ke kationtu krystalové violeti (KV+) a n je dílčí řád reakce vzhledem k hydroxidovému aniontu. Koncentrace hydroxidových iontů je v této reakci více než tisícinásobná oproti koncentraci krystalové violeti. Relativní úbytek hydroxidových iontů v důsledku reakce s krystalovou violetí bude tedy jen nepatrný, a proto lze [OH-] považovat za konstantní. Z tohoto důvodu budete experimentálně zjišťovat dílčí řád reakce vzhledem ke krystalové violeti (m), nikoli vzhledem k hydroxidu sodnému (n).

V průběhu reakce se fialově zbarvená výchozí látka přeměňuje na bezbarvý produkt. Změnu zbarvení roztoku můžete měřit pomocí spektrofotometru nebo kolorimetru. Protože měříte koncentraci fialové látky, zvolte na kolorimetru 565 nm (zelenou) LED. Pracujete-li se spektrometrem, musíte nejprve změřit absorpční spektrum roztoku krystalové violeti a pro experiment zvolit tu vlnovou délku, při které absorbuje nejvíce.

Budeme předpokládat, že naměřená absorbance roztoku je přímo úměrná koncentraci krystalové violeti (Lambertův-Beerův zákon). Proto v následujících grafech použijete absorbanci namísto obvyklé koncentrace:

  • Závislost absorbance na čase: lineární závislost znamená reakci nultého řádu, rychlostní konstanta k je rovna záporně vzaté směrnici přímky, která tvoří graf.
  • Závislost přirozeného logaritmu absorbance na čase: lineární závislost znamená reakci prvního řádu, rychlostní konstanta k je rovna záporně vzaté směrnici přímky, která tvoří graf.
  • Závislost převrácené hodnoty absorbance na čase: lineární závislost znamená reakci druhého řádu, rychlostní konstanta k je rovna záporně vzaté směrnici přímky, která tvoří graf.

Jakmile ze získaných grafů určíte dílčí řád reakce vzhledem ke krystalové violeti, můžete stanovit hodnotu rychlostní konstanty k a poločas reakce.

Úkol

  • Pozorujte reakci hydroxidu sodného s krystalovou violetí.
  • V průběhu reakce měřte závislost absorbance roztoku krystalové violeti v závislosti na čase.
  • Vytvořte grafy závislosti A na čase, ln(A) na čase a 1/A na čase (kde A je absorbance).
  • Určete dílčí řád reakce vzhledem ke krystalové violeti.
  • Vypočtěte rychlostí konstantu a poločas reakce.

Použité senzory

Anglický podrobný návod

... zpět na přehled námětů

         

... více o systému Vernier