|
 |
|
Molim pomoć. Zanima me postupno riješen zadatak uz obrazloženje.
Kiselom hidrolizom saharoze dobiva se tzv. invertni šećer koji je smjesa glukoze i fruktoze. Svi su ti spojevi optički aktivni i zakreću ravninu polarizirane svjetlosti: saharoza u pozitivnom smjeru, a invertni šećer u negativnom. napredovanje hidrolize može se pogodno pratiti u polarimetru mjerenjem kuta optičkog zakretanja, α, tijekom vremena. Pri 298 K dobiveni su ovi podaci:
t/min 0 30 60 120 240 420 600 ∞
α 39,92° 34,78° 29,63° 22,08° 9,44° -1,88° -7,82° -15,94°
Odredite red i koeficijent brzine reakcije.
|
|
Ime i prezime:
Antonio Krivić
loblenkrivic@gmail.com
|
 |
 |
Broj aktivnih odgovarača na pitanja iz rubrike Vi pitate – E-škola odgovara sveo se u zadnje vrijeme na samo dvojicu, pa nam je svaka pomoć dobrodošla. Zato nam je velika radost i zadovoljstvo objaviti da će na ovo pitanje odgovoriti novi odgovarač, Zvonimir Mlinarić, osvajač brončane medalje na ovogodišnjoj Međunarodnoj kemijskoj olimpijadi.
U nastavku slijedi Zvonimirov odgovor na pitanje, ujedno i njegov prvi odgovor na e-školi kemije.
Pozdrav, |
|
|
Odgovorio:
Tomislav Portada
tportad@irb.hr
<-- Povratak
|
|
|
Napišimo za početak kemijsku jednadžbu hidrolize saharoze:
C12H22O11 + H2O → C6H12O6 (glukoza) + C6H12O6 (fruktoza)
Katalizator ove reakcije je kiselina, odnosno oksonijev ion.
Hidroliza saharoze, odnosno napredovanje reakcije, može se mjeriti polarimetrom iz razloga što saharoza zakreće ravninu linearno polarizirane svjetlosti u desno, a invertni šećer (ekvimolarna smjesa glukoze i fruktoze) u lijevo. Dakle, koncentracija saharoze proporcionalna je kutu zakretanja u desno. Kut skretanja polarizirane svjetlosti u desno pri početnoj koncentraciji nazovimo α0, u nekom trenutku t nazovimo ga αt, a u trenutku t = ∞ nazovimo ga α∞.
Zadatak se može riješiti na više načina, a ja ću predložiti dva koja su po meni "najelegantnija" za ovakav tip zadatka.
Možemo pretpostaviti da je reakcija ili prvog ili drugog reda (u slučaju krive pretpostavke ne bismo dobili ništa smisleno u nastavku rješavanja zadatka te bismo tako znali da reakcija nije niti prvog niti drugog reda). Budući da je kut zakretanja polarizirane svjetlosti proporcionalan koncentraciji saharoze, možemo njega uzeti kao veličinu koju ćemo promatrati umjesto koncentracije. Kako se kut skretnje mijenja od 39,92° do −15,94°, a logaritam negativnog broja nema matematičkog smisla, uzet ćemo da je minimalan kut 0°, a maksimalan 55,86°. Drugim riječima, svakom ćemo kutu za bilo koji trenutak dodati 15,94° kako bismo bili sigurni da ne računamo s negativnim vrijednostima.
Iz kemijske kinetike proizlazi da ukoliko je reakcija prvog reda, graf ovisnosti logaritma koncentracije reaktanta o vremenu je linearan, dok je graf ovisnosti recipročne vrijednosti koncentracije reaktanta o vremenu blago zaobljen. Ako bi reakcija bila drugog reda, graf ovisnosti logaritma koncentracije reaktanta o vremenu bio bin zaobljen, a graf ovisnosti recipročne vrijednosti koncentracije reaktanta o vremenu bio bi linearan. Potrebno je, dakle, nacrtati dva grafa te vidjeti koji je od njih linearan.
Međutim, često je u ovakvim situacijama jedan graf linearan, a drugi vrlo blago zakrivljen pa je ponekad teško uočiti koji je "ravniji". Zato ću napisati i drugu metodu kojom se može riješiti zadatak, iako je ona nešto kompliciranija.
Matematičkim "manipulacijama" koje ovdje ne bih prikazivao (uvrštavanjem kutova kao funkcije koncentracije u integrirani oblik diferencijalne jednadžbe za kinetiku prvog reda, ako nekoga zanima) dolazi se do zaključka da u slučaju da je reakcija prvog reda, log[(α0 − α)/(α − α∞)] o vremenu ovisi linearno, odnosno graf funkcije te logaritamske veličine o vremenu je pravac. Ovdje se red reakcije lako odredi jer u slučaju da reakcija nije prvog reda, graf niti ne sliči na pravac.
Gore navedenim matematičkim izvodom dođe se i do izraza za koeficijent brzine kemijske reakcije:
k = t−1 ∙ ln[(α0 − α)/(α − α∞)
Ako si sve dobro napravio, trebao bi doći do rješenja da je jednadžba prvog reda.
Ukupni red kemijske reakcije definira se kao zbroj eksponenata koncentracija onih reaktanta o kojima ovisi brzina kemijske reakcije. Treba uzeti u obzir da red reakcije ne mora biti cijeli broj.
Možemo pretpostaviti da jednadžba koja opisuje ovisnost brzine o koncentraciji reaktanata izgleda ovako:
v = k ∙ [H2O] ∙ [C12H22O11]
Može se uočiti da se u danim uvjetima koncentracija vode gotovo i ne mijenja (koncentracija vode u uvjetima eksperimenta mnogo je veća od koncentracije glukoze). Zaključujemo da brzina kemijske reakcije gotovo i ne ovisi o koncentraciji vode, već samo o koncentraciji saharoze. Drugim riječima, iako je reakcija bimolekularna, ponaša se kao reakcija prvog reda pa ju zovemo reakcija pseudoprvog reda.
Ja sam eksperiment iz pitanja osobno izveo kada sam se pripremao za Međunarodnu kemijsku olimpijadu. Iz vlastitog iskustva mogu reći da se iz eksperimenta može mnogo naučiti o kinetici, a njegova izvedba nije složena. Sve što ti treba je polarimetar i spojevi koje ima gotovo svako kućanstvo.
Naravno, o kinetici hidrolize saharoze može se pričati još mnogo, znam ljude i koji su radove pisali o tome, ali to nadilazi granice ovog pitanja. Ako te zanima još nešto u vezi ovoga, slobodno postavi novo pitanje.
Pozdrav, |
|
|
Odgovorio:
Zvonimir Mlinarić
mlinka1712@gmail.com
<-- Povratak
|
|
|
Postavite
pitanje iz bilo kojeg područja kemije i
e-škola će osigurati da dobijete odgovor od kompetentnog znanstvenika. |
  |
|
