ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΤΗΝ ΕΠHΡΕΑΖΟΥΝ. Η εργαστηριακή αυτή άσκηση πραγματοποιήθηκε στο ΕΚΦΕ Ιωαννίνων

Transcript

1 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΤΗΝ ΕΠHΡΕΑΖΟΥΝ ΡΟΛΟΪ ΙΩΔΙΟΥ Η εργαστηριακή ατή άσκηση πραγματοποιήθηκε στο ΕΚΦΕ Ιωαννίνων 1/3/2013 και 6/3/2013 Μάντζιο Μαρία χημικός Η αντίδραση <<ρολόι ιωδίο >> πάρχει σε διάφορες παραλλαγές. Εμείς επιλέξαμε την αντίδραση μεταξύ θειοθειϊκών και ιωδιούχων μια αντίδραση με πιο προσιτά αντιδραστήρια στα σχολικά εργαστήρια, αλλά και γιατί τέθηκε ως θέμα στος μαθητές στο διαγωνισμό EUSO 2013 Το χημικό σύστημα των δο αντιδράσεων πο θα μελετήσομε εμφανίζει μπλε χρώμα και ο χρόνος εμφάνισής το εξαρτάται από τις σγκεντρώσεις των αντιδρώντων. Η επιλογή κατάλληλων σγκεντρώσεων μας ποδεικνύει και χρονικό διάστημα ολοκλήρωσης της γι ατό και ονομάζεται ρολόι ιωδίο ΣΤΟΧΟΙ Στο τέλος το πειράματος ατού θα πρέπει να μπορείς: 1. Να αναγνωρίζεις την επίδραση της σγκέντρωσης στην ταχύτητα μιας. 2. Να εφαρμόζεις το νόμο της ταχύτητας για μια δεδομένη αντίδραση. 3. Να εξάγεις, με βάση τα πειραματικά δεδομένα, κάποιο μηχανισμό για την αντίδραση ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΘΕΜΑ Γενικά ορίζεται ταχύτητα μιας χημικής της μορφής αα + ββ γγ + δδ: Η ταχύτητα μιας εκφράζεται σνήθως ως η μεταβολή της σγκέντρωσης ενός αντιδρώντος (mol/l) στη μονάδα το χρονο. Από πρακτικής πλεράς, η ταχύτητα της δεν πρέπει να είναι πολύ μικρή, ώστε να μη περιμένομε χρόνια μέχρι να ολοκληρωθεί, ούτε πολύ

2 μεγάλη, ώστε να μπορεί να ελεγχθεί. Από θεωρητικής πλεράς, η μελέτη της χημικής κινητικής ανοίγει το δρόμο για τη διερεύνηση το μηχανισμού μιας. Να σημειωθεί ότι η ταχύτητα της δεν είναι σταθερή καθ όλη τη διάρκεια της. Στην αρχή (εκτός ελαχίστων εξαιρέσεων) η ταχύτητα είναι η μέγιστη. Ελαττώνεται, όμως, με την πάροδο το χρόνο, καθώς μειώνεται η σγκέντρωση των αντιδρώντων, ώσπο στο τέλος να μηδενιστεί. Είναι λοιπόν ατονόητο, ότι οι μετρήσεις μεταβολών σγκεντρώσεων αντιδρώντων ή προϊόντων σε κάποιο χρονικό διάστημα Δt, αφορούν τον προσδιορισμό της μέσης ταχύτητας της για το χρονικό ατό διάστημα. Η ταχύτητα μιας μπορεί να σσχετιστεί πειραματικά με τη σγκέντρωση των αντιδρώντων. Η μαθηματική σχέση πο προκύπτει αποτελεί το νόμο ταχύτητας. Στο πείραμα πο ακολοθεί, θα μελετήσομε <<το ρολόι ιωδίο>> μια αντίδραση πο γίνεται σε δύο βήματα. Θα μελετηθεί η επίδραση της σγκέντρωσης το I - και το H 2 O 2 στην ταχύτητα της Θα μελετήσομε την αντίδραση: H 2 O 2 (aq) + 2 I - (aq) + 2H+ (aq) 2 H 2 O (l) + I 2 (aq) ( αργή αντίδραση 1) Για το σκοπό ατό θα εκτελέσομε τρία πειράματα με διαφορετικές σγκεντρώσεις Η 2 Ο 2 και I - σε κάθε πείραμα και θα μετρήσομε τον χρόνο πο απαιτείται για την εκτέλεση το καθενός. Ο χρόνος θα προσδιορίζεται από την εμφάνιση έντονο μπλε χρώματος πο οφείλεται στην επίδραση ιωδίο σε άμλο. Για να μετρήσομε το παραγόμενο Ι 2 επιλέγομε να το καταναλώσομε σε μια πολύ γρήγορη αντίδραση I 2 (aq) + 2 S 2 O 3 (aq) 2 I - (aq) + S 4 O 6 (aq) (πολύ γρήγορη αντίδραση2) Το ιώδιο πο παράγεται από την αντίδραση 1 καταναλώνεται αμέσως στην αντίδραση 2. Όταν όμως καταναλωθούν όλα τα S 2 O 3 τότε το ιώδιο πο σνεχίζει να παράγεται από την αντίδραση 1 περισσεύει και δίνει ξαφνικά έντονο μπλε χρώμα με το άμλο. Έτσι αντιλαμβανόμαστε τη χρονική στιγμή της κατανάλωσης των S 2 O 3 και γνωρίζοντας την αρχική τος σγκέντρωση και το χρόνο Δt για την κατανάλωσή τος πολογίζομε την ταχύτητα (1) = -Δ[S 2 O 3 ] /2Δt = Δ[ I 2 ] /Δt Με επεξεργασία των πειραματικών δεδομένων πολογίζομε το νόμο της ταχύτητας της.

3 Ο νόμος της ταχύτητας είναι : (1) = k [H 2 O 2 ] x. [I - ] y ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣ 1. Άμλο 2. Διάλμα H 2 SO 4 1Μ 3. Διάλμα ΚΙ 0,1 Μ 4. Διάλμα Η 2 Ο 2 0,1 Μ 5. Διάλμα Na 2 S 2 O 3 0,01 Μ 6. Αποσταγμένο νερό 7. Ράβδο ανάδεσης 8. Ογκομετρικοί κύλινδροι των 10 και 100 ml 9. 3 ποτήρια ζέσης των 250 ml 10. Χρονόμετρο ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Σε καθένα από τα τρία ποτήρια ζέσης προσθέτομε: Ποτήρι 1 Ποτήρι 2 Ποτήρι 3 10 σταγόνες άμλο 10 σταγόνες άμλο 10 σταγόνες άμλο 60 ml νερό 50 ml νερό 50 ml νερό 10 ml π.h 2 SO 4 1Μ 10 ml π.h 2 SO 4 1Μ 10 ml π.h 2 SO 4 1Μ 10 ml ΚΙ 0,1 Μ 10 ml ΚΙ 0,1 Μ 20 ml ΚΙ 0,1 Μ 10 ml Na 2 S 2 O 3 0,01 Μ 10 ml Na 2 S 2 O 3 0,01 Μ 10 ml Na 2 S 2 O 3 0,01 Μ Και θα μετρήσομε το χρόνο πο απαιτείται μέχρι την εμφάνιση το χρώματος το ιωδίο από τη στιγμή πο θα προσθέσομε στο κάθε ποτήρι Η 2 Ο 2 0,1 Μ ως εξής: Ποτήρι 1 Ποτήρι 2 Ποτήρι 3 Διάλμα Η 2 Ο 2 0,1 Μ Διάλμα Η 2 Ο 2 0,1 Μ Διάλμα Η 2 Ο 2 0,1 Μ 10 ml 20 ml 10 ml Με την προσθήκη το διαλύματος το Η 2 Ο 2 αρχίζομε τη μέτρηση το χρόνο και σγχρόνως ανακατεύομε με γάλινο ράβδο. Καταγράφομε το χρόνο μέχρι το διάλμα να αποκτήσει μπλε χρώμα. Επαναλαμβάνομε τη διαδικασία χρησιμοποιώντας στο δεύτερο πείραμα διαφορετική σγκέντρωση Η 2 Ο 2 και στο τρίτο πείραμα διαφορετική σγκέντρωση ΚΙ. Σνολικός όγκος διαλύματος κάθε πειράματος : 100ml

4 Πειραματικά δεδομένα α/α Δ[S 2 O 3 ] Δt Δ[S 2 O 3 ] /2Δt 1 0,001 M 2 0,001 M 3 0,001 M (1) = -Δ[S 2 O 3 ] /2Δt = Δ[ I 2 ] /Δt Από το νόμο της αραίωσης πολογίζομε τις σγκεντρώσεις (mol/l) αμέσως μετά την ανάμειξη Επεξεργασία μετρήσεων α/α [I - ] [H 2 O 2 ] 1 0,01 0,01 2 0,01 0,02 3 0,02 0,01

5 Με επεξεργασία των πειραματικών δεδομένων πολογίζομε το νόμο της ταχύτητας της. Ο νόμος της ταχύτητας δίνεται : = k [H 2 O 2 ] x. [I - ] y από τις τρεις διαφορετικές ταχύτητες πολογίζομε τα χ,ψ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΣΧΟΛΙΑ - ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Στο ΕΚΦΕ το πείραμα παροσιάστηκε δύο φορές. Την πρώτη φορά χρησιμοποιήσαμε[ H 2 O 2 ] 0.1Μ, [S 2 O 3 ] 0.01 Μ, [ I - ]0.1Μ και οι χρόνοι πο μετρήθηκαν ήταν Δt 1 = 160s, Δt 2 = 82s και Δt 3 = 79s. Για πηγή αμύλο χρησιμοποιήσαμε αλεύρι. Υπήρξε δσκολία στον εντοπισμό το τελικού σημείο, επειδή το διάλμα άλλαζε βαθμιαία χρώμα και όχι απότομα όπως το αναμενόμενο. Τη δεύτερη φορά χρησιμοποιήσαμε[ H 2 O 2 ] 1Μ, [S 2 O 3 ] 0.01 Μ, [ I - ] 0.1Μ και οι χρόνοι πο μετρήθηκαν ήταν μικροί γι ατό και δεν σνιστάται. Πειραματικά δεδομένα α/α Δ[S 2 O 3 ] Δt ( s ) Δ[S 2 O 3 ] /2Δt 1 0,001 M 160 3, , ,001 M 82 6, , ,001 M 79 6, ,

6 Επεξεργασία μετρήσεων α/α [I - ] [H 2 O 2 ] 1 3, ,01 0,01 2 6, ,01 0,02 3 6, ,02 0,01 Από τη σχέση = k [H 2 O 2 ] x. [I - ] y σχηματίζομε τις εξισώσεις και με επίλση χ 1 και ψ 1 Πηγές Σ. Λιοδάκη,Δ. Γάκη, Δ. Θεοδωρόπολο, Π. Θεοδωρόπολο, Α. Κάλλη: Βιβλίο μαθητή Χημείας Β Γεν. Λκείο Θετικής Κατεύθνσης- ΟΕΒΔ-Αθήνα Σ. Λιοδάκη, Δ. Γάκη: Εργαστηριακός οδηγός Χημείας Β Γεν. Λκείο Θετικής Κατεύθνσης-ΟΕΒΔ-Αθήνα Διαγωνισμός EUSO 2013: Θέματα Χημείας στην Ιστοσελίδα της ΠΑΝΕΚΦΕ: _EUSO_2013.pdf, ανακτήθηκε 17/2/2013 Wikipedia στο λήμμα: Iodine reaction, ανακτήθηκε 17/2/2013.