Spektofotomertri - Azorubin i Rød Sodavand

Side 1

Kemi Rapport Marwa d. 24. november.08

Azorubin forsøg 3.x

Side 1 af 8

Formål:

Formålet med denne øvelse er at bestemme koncentrationen af azorubin i rød sodavand ved brug af spektrofotometri, og undersøge reaktionskinetikken ved blegning af azorubin med klorin.

Teori:

Stærkt farvede sodavand er farvet med syntetiske farvestoffer, som rød, gul, grøn eller andet. I denne tilfælde vil vi benytter Azorubin(E122), som anvendes som tilsætningsstof i rød sodavand, og har i neutral

eller sur opløsning en maksimal lysabsorption ved bølgelængde λmax=514 nm. Hver farvestof har sit eget

absorptionsspektrum, det er ikke så entydigt som et fingeraftryk, men det kan bruges til at sandsynliggøre, at det er det rigtige farvestof, man har i sin opløsning – hvis spektret af en farve sodavand ligner et spektrum af det rene farvestof(stamopløsningen), er det sikkert det samme farvestof. I dette eksperiment optegnes først absorptionsspektret for et farvestof(stamopløsningen), for at finde den bølgelængde, hvor det absorberer maksimalt.

Ved hjælp af Lambert - Beers lov kan man ud fra en standardkurve beregne, hvor meget farvestof der er i sodavanden.

Lambert-beers lov: A = ε_{λ} · [x] · l

Hvor A er absorbansen, ε_{λ} er den molare ekstinktionskoefficient (afhænger af bølgelængden, λ), [x] er

stofmængdekoncentrationen og l er kuvettebredden. Det ses, at for fastholdt kuvettebredde, og fastholdt bølgelængde, er der en lineær sammenhæng mellem koncentration og absorbans. Man kan derfor omformulere Lambert-beers lov til en simplere version:

A = k · [x]

Først måles absorbansen for en række standard-opløsninger med kendte koncentrationer ved den bølgelængde, hvor farvestoffet absorberer maksimalt. Ud fra disse tal laves en standardkurve, som er en grafisk afbildning af absorbans som funktion af koncentration, og hvis punkterne viser en lineær sammenhæng, er Lambert-Beers lov eftervist. Forskriften for den lineære sammenhæng udregnes og k findes som hældningskoefficienten. Absorbansen for en opløsning med ukendt koncentration af farvestof måles og koncentrationen af farvestoffet udregnes ud fra den fundne forskrift. Udover sammenhængen mellem absorbans og Lambert Beers lov, vil jeg komme med noget teori omkring, de forskellige reaktioners ordner og halveringstiderne. Denne rapport øvelse omhandler blandt andet også reaktionskinetik og de kemiske reaktioners hastigheder. Reaktionskinetik er læren om kemiske reaktioners hastigheder, hvis vi ser på en tilfældig kemisk reaktion:

DCBA +⎯→⎯+ 2

Side 2

Kemi Rapport Marwa d. 24. november.08

Azorubin forsøg 3.x

Side 2 af 8

Efterhånden som reaktion skrider frem, bliver koncentrationerne af reaktanterne A og B mindre, mens koncentrationerne af produkterne C og D vokser. Reaktionshastigheden vil beregnes vha. formlen;

Δ [ ] A

Δ t

v −=, som det kan ses, så indeholder formlen et minus foran, da det er hastigheden for reaktanten,

som formindskes efterhånden, som reaktionen forløber. Denne definition angiver i virkeligheden den gennemsnitlige reaktionshastighed i tidsintervallet(Δ t). Ved at ændre definitionen og lade Δ x🡪0, hvorved brøken vil gå mod differentialkvotienten af [A] med hensyn til t:

[ ] Ad dt

v −=

Hvis man har målt [A] til forskellige tidspunkter under reaktionen, kan man tegne en graf, der viser den aktuelle koncentration, som funktion af t. Så kan man nu finde hastigheden til et vilkårligt tidspunkt, ved at finde tangentens hældning til tidspunktet. Dermed bliver reaktionshastigheden den numeriske værdi af tangentens hældningskoefficient. Reaktionshastigheden er blandt andet afhængig af reaktanternes koncentrationer:

      nm
[ ] [ ] BAkv ⋅⋅=

Dermed siges reaktionen at være i ordnen (m) mht. A og af ordnen (n) mht., og den totale reaktionsorden

er (m +n). som det kan ses, så knytter reaktionsorden begrebet sig til eksponenterne i det eksperimentelt

fundene hastighedsudtryk. For de fleste reaktioner vil m og n være enten (1 eller 2 evt. 0). For de forskellige ordner, gælder der forskellige formler, og forskellige grafiske udseende, som er bland andet det man benytter, når man vil finde ud af, hvilken orden, reaktionen er.

Variation i orden: Nulte orden Første orden Anden orden

Hastighedsudtryk v = k v = k·[A] v = k·[A]²
Funktionsudtryk [A] = [A]_{o} – k · t [A] = [A]_{o} · e [A]^{-1} = [A]_{o}^{-1} + k · t

– k · t
Lineær funktion [A] = [A]_{o} – k · t ln[A] = ln[A]_{o} – k · t [A]^{-1} = [A]_{o}^{-1} + k · t

y = b + (-a)·x y = b + (-a)·x y = b + (a)·x

Grafisk plot

Hastighedskonstant (minus) hældning (minus) hældning (plus) hældning k

Halveringstid T
            ½

Side 3

Kemi Rapport Marwa d. 24. november.08

Azorubin forsøg 3.x

Side 3 af 8

På den forrige side ses skemaet for de forskellige ordner, for at reaktionen skal være 0 orden skal der forekomme en ret linje, når man afbilder [A] af y-aksen i forhold til t på x-aksen. Men derimod er reaktionen 1 orden, hvis afbildningen af ln[A]i forhold til tiden, giver en ret linje. Hvis man afbilder 1/[A] med hensyn til tiden t, og der forekommer en ret linje, er reaktionen en anden orden reaktion.

Det vil sige, at når man har lavet et eksperimentelt forsøg, hvor man har koncentrationen A,[A] i forhold til tiden t, kan man ved hjælp af de grafiske metoder for de forskellige ordner finde ud af, hvilket reaktions orden, der er tale om. Det er blandt andet det, der skal gøres i denne rapport øvelse, hvor vi har koncentrationen af azorubin til tiden, og skal finde ud af, hvilken orden, det er. Derudover er der forskellige formler for halveringstiden for de forskellige ordner. Halveringstiden, er den tid, der forløber indtil start koncentrationen er halveret.

                                                              -
Ved at afblege azorubin med klorin, som indeholder hypochlorit – ionen (CIO

), kan vi måle absorbansen af opløsningen som funktion af tiden. Således kan vi finde ud af om det er en 0, 1 eller 2 – ordens reaktion.

Materiale:

• Lab Pro

• Colorimeter

• Kuvetter

• Azorubin-opløsning med kendt koncentration – stamopløsning

• Rød sodavand

• 1 M HCl-opløsning

• Reagensglas

• Diverse pipetter

• 250 mL bægerglas

• 25 mL måleglas

• Plastikpipette

Fremgangsmåde:

Overordnet, skal der laves to forskellige forsøg. Den første forsøg går ud på at lave en standard kurve ved hjælp af stamopløsningen; i 4 reagensglas blandes stamopløsningen med demineraliserede vand, som angivet i skemaet under resultat afsnittet. Først beregnes koncentrationen, og dernæst måles absorbansen ved hjælp af logger pro programmet.

I den næste forsøg blander man klorin med azorubin, hvor der tegnes en kurve over, hvordan reaktionen forgår. (For mere uddybende fremgangsmåde, se evt. øvelsesvejledningen s. 6-8).

Side 4

Kemi Rapport Marwa d. 24. november.08

Azorubin forsøg 3.x

Side 4 af 8

Resultater & efterbehandling:

Nedenunder ses et skema, som viser koncentrationen af azorubin i forskellige rumfang af vand og stamopløsning. I den sidste kolonne ses absorbansen for de forskellige mængde azorubin.

s | V(stamopløsning, mL) | Koncentration, azorubin | Absorbans

[mg/L]

9,0 | 1,0 | 5 | 0,138
7,0 | 3,0 | 15 | 0,368
5,0 | 5,0 | 25 | 0,627
3,0 | 7,0 | 35 | 0,841

Stamopløsningens nøjagtige koncentration: 50 mg/L

Jeg beregner en af de øverste koncentrationer, for at vise, hvordan jeg når frem til de forskellige koncentrationer i kolonnen:

[ ] =⋅=⋅ 05,0/50001,0)( mgLmgLingenstamopløsningenstamopløsnV
LmgiazorubinC)/( == 5 mg

01,0 L

05,0

På samme måde gøres med de andre tre, og absorbansen aflæses af kolonnen via logger pro.

Til venstre ses en standardkurven, som er lavet på bag grund af absorbansen hen af y-aksen og koncentrationen af azorubin hen af x-aksen. Dermed har vi påvist at den er lineær, altså ifølge teorien så passer Lambert Beers lov, at der er en lineær sammenhæng mellem absorbansen og koncentrationen.

Vi lader kurven gå i gennem (0,0), dermed passer Lamberts Beers lov, og ligningen for linjen bliver:

y = 0,002445x, omskrevet Lambert Beers lov: A = k · [x], hvis kuvette bredden og bølgelængde= konstante.

Side 5

Kemi Rapport Marwa d. 24. november.08

Azorubin forsøg 3.x

Side 5 af 8

Jeg vil nu ved hjælp af standard kurven bestemme koncentrationen af azorubin i den røde sodavand:

Vi aflæser absorbansen for sodavandet til 1,684.

≈= /5,5550219,55 Lmgx

02445,2968,1)( ⋅== xColaiazorubinC

I den røde sodavand er der som sagt tilsat den røde farve stof, som betegnes med (E122), og ifølge

          1
positivlisten må der højst være 50-500mg/kg i læskedrikke, og i andre fødevarer. Det vil sige, at mængden

af azorubin i rød sodavand er overholdt. Hvis vi får mere, kan det skyldes fejlkilder, som jeg vil komme omkring senere.

Ved brug af standardkurven, vil jeg nu omregne alle de fundene absorbanser fra dataopsamlingen til azorubin koncentrationer, for at finde ud af, hvilke reaktionsorden den er. Jeg benytter logger pro til at omregne det hele. Efter omregningen fra absorbans til koncentration, vil jeg afbilde koncentrationen af azorubin i forhold til tiden t.

Til venstre, har jeg afbildet koncentrationen i forhold til tiden, og da det ikke giver en ret linje, er reaktionen ikke en nulte – ordnes reaktion.

Derudover kan det ses tydeligt at kurven aftager, da det bliver afbleget af klorin.

1

http://books.google.dk/books?id=u0QlpnNi6CAC&pg=PA35&lpg=PA35&dq=positivliste+for+l%C3%A6skedrikke&sourc
e=web&ots=1rgZAt_Kn6&sig=aBIg5mI1PBbxGiUvkvJEMNc3-
5AY&hl=da&sa=X&oi=book_result&resnum=8&ct=result#PPA31,M1

Side 6

Kemi Rapport Marwa d. 24. november.08

Azorubin forsøg 3.x

Side 6 af 8

Nu vil jeg afbilde den naturlige logaritme af koncentrationen til azorubin, som funktion af tiden, for at undersøge om det nu er en

1. Ordens reaktion:

Til venstre ses afbildningen af den naturlige logaritme som funktion af tiden. Som det kan ses, så er reaktionen en første ordens reaktion, da det giver en ret linje, når vi afbilder ln[A], som funktionen af tiden.

Selvom jeg nu ved, at det er 1. Orden reaktion, vil jeg alligevel afbilde den reciprokke værdi af koncentrationen af azorubin som funktion af tiden, for at tjekke.

Til højre ses den reciprokke værdi af koncentrationen af azorubin som funktion af tiden, og som det kan ses, så er reaktionen ikke en anden ordens reaktion, da det ikke bliver en ret linje, som er betingelsen en anden ordensreaktion ifølge teorien.

Overordnet kan vi konkludere at azorubins reaktion er en 1. Ordens reaktion.

Side 7

Kemi Rapport Marwa d. 24. november.08

Azorubin forsøg 3.x

Side 7 af 8

Efter som jeg nu ved, at reaktionen er en 1 ordens reaktion kan jeg nu bestemme hastighedskonstanten(k), og halveringstiden(T ½):

Hastighedskonstanten kan aflæses på forskriften, da det er hældningen. Derfor er hældningen: sek

k = 009298,0

k −=− 009298,0

1

Halveringstiden kan nu nemt beregnes, da vi kender k:

T 548,74             ==      sek
   2/1

sek

1

00929 8,0

)2ln(

Jeg vil nu bestemme initialhastigheden for reaktionen, og initialhastigheden(V
                                                               0

) er den hastighed hvormed

reaktionen forløber i starten(t ). Altså at man måler hastigheden lige i starten og ikke over et tidsrum. Vi
                        0

ved at vores reaktion er en 1 ordensreaktion, derfor kan vi bruge udtrykket, hvor vi differentiere det, og

dernæst indsættes t=0 ind og initialhastigheden udregnes.

⋅= ][][ eAA^{⋅−}^{tk}

0

[A_{0}]= Aflæst til 46M på den grønne kurve, som er lige dér hvor reaktionen starter.

0,009298 = k

Jeg bruger mit Ti89 til at differentiere udtrykket:

                  t
⋅−=              )927,0(427708,0

009298,0 ⋅− t

⋅ teerdifferenti)),46(

⇓

Derefter indsætter jeg t = 0, på t’s plads:

V − 427708,0)0(

                  0
⋅−=              )927,0(427708,0

⇓

I opgaven skal vi finde ud af, hvornår der er 1 % tilbage af koncentrationen af stoffet. Derfor tager jeg 99 % af startkoncentrationen:

46 =⋅ 46,0

100

1

Derefter indsætter jeg 0,46 på y’s plads og beregner tiden:

Side 8

Kemi Rapport Marwa d. 24. november.08

Azorubin forsøg 3.x

Side 8 af 8

= 28 6,49 5 sekt

       009298,0
4646,0 ⋅= e

⋅− t

Jeg indsætter nu tiden i det differentierede udtryk og beregner farten til dét tidspunkt. Da farten til et bestemt punkt svarer til tangentens hældning:

V −≈−= 00428,7084 0,0

                                  286,495 sek
V             ⋅−=              )92 7,0(427708,0

Resultatet passer meget godt, da farten ved tidspunktet (t =0) var -0,427708, mens farten efter at der er 99

%, som er reageret er langt mindre, nemlig -0,00428. Dette stemmer også meget fint med teorien, da farten og koncentrationen afhænger af hinanden. Jo mindre koncentration jo laverer fart, da der bliver færre molekyler som kan støde sammen, og laver en reaktion.

Diskussion:

Forsøget eller forsøgene fungerede, som det skulle. Vi fik afprøvede vores teori om de forskellige reaktionsordner, og hvordan man kan påvise dem, hver især. Derudover fik vi beregnet koncentrationen af azorubin i rød sodavand, og koncentrationen var tæt på de 50 mg, som ifølge positiv listen var god kendt. Vi fik en smule over, og dette kan skyldes fejlkilder.

Dette forsøg kan virke besværlige, da man skal benytte programmet Logger pro, blandt andet fordi vi ikke kender programmet så meget. Derudover skal man være nøjagtig når man skal afmåle med pipette, og huske at caliberer i starten med destillerede vand.

Forsøget, hvor azorubin blandes med klorin kan også volde problemer, da man skal gør mange ting i løbet af et minut. Renheden af kuverterne kan også påvirke absorbansen, og dermed koncentrationen af azorubin. Måleusikkerheder og aflæsningsfejl kan også påvirke resultaterne, derfor kræver dette forsøg en del nøjagtighed.

Konklusion:

I dette øvelse fik vi bestemt, hvor meget azorubin der er i rød sodavand. Udover dette har vi fundet ud af, via reaktionen mellem azorubin og klorin, at reaktionen er en første ordens reaktion.