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
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;
t
A
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 x0, hvorved
brøken vil gå mod differentialkvotienten af [A] med hensyn til t:
dt
Ad
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
– k · t
[A]
-1
= [A]
o
-1
+ k · t
Lineær funktion
[A] = [A]
o
– k · t
y = b + (-a)·x
ln[A] = ln[A]
o
– k · t
y = b + (-a)·x
[A]
-1
= [A]
o
-1
+ k · t
y = b + (a)·x
Grafisk
plot
Hastighedskonstant
k
(minus) hældning
(minus) hældning
(plus) hældning
Halveringstid T
½
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).
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
[mg/L]
Absorbans
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:
mg
L
LmgiazorubinC
mgLmgLingenstamopløsningenstamopløsnV
5
01,0
05,0
)/(
05,0/50001,0)(
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.
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.
Lmgx
xColaiazorubinC
/5,5550219,55
02445,2968,1)(
I den røde sodavand er der som sagt tilsat den røde farve stof, som betegnes med (E122), og ifølge
positivlisten
1
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
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.
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
k
1
009298,0
009298,0
Halveringstiden kan nu nemt beregnes, da vi kender k:
sek
sek
T 548,74
1
00929 8,0
)2ln(
2/1
Jeg vil nu bestemme initialhastigheden for reaktionen, og initialhastigheden(V
0
) er den hastighed hvormed
reaktionen forløber i starten(t
0
). Altså at man måler hastigheden lige i starten og ikke over et tidsrum. Vi
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.
tk
eAA
][][
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
t
teerdifferenti
)927,0(427708,0
)),46(
009298,0
Derefter indsætter jeg t = 0, på t’s plads:
427708,0)0(
)927,0(427708,0
0
V
I opgaven skal vi finde ud af, hvornår der er 1 % tilbage af koncentrationen af stoffet. Derfor tager jeg 99 %
af startkoncentrationen:
46,0
100
1
46
Derefter indsætter jeg 0,46 på y’s plads og beregner tiden:
Kemi Rapport Marwa d. 24. november.08
Azorubin forsøg 3.x
Side 8 af 8
sekt
e
t
28 6,49 5
4646,0
009298,0
Jeg indsætter nu tiden i det differentierede udtryk og beregner farten til dét tidspunkt. Da farten til et
bestemt punkt svarer til tangentens hældning:
00428,7084 0,0
)92 7,0(427708,0
286,495
V
V
sek
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.