[navn fjernet] 3.x Reaktionskinetik 2/2-12
Side 1 af 8
Reaktionskinetik – reaktion mellem krystalviolet og hydroxid
Formål
At bestemme reaktionsordenen, hastighedskonstant og aktiveringsenergien for reaktionen mellem
krystalviolet, CV
+
(aq)
1
og hydroxidioner:
CV
+
(aq) + OH
–
(aq) → CVOH (aq) (1)
Teori
2
Reaktionen antages at følge et hastighedsudtryk af typen:
v = k∙[CV
+
]
x
[OH
-
]
y
(2)
hvor x og y antages at have værdien enten 0, 1 eller 2.
I forsøgene anvendes hydroxid i stort overskud i forhold til krystalviolet, således at det kun er
koncentrationen af krystalviolet, der ændres. Hydroxid koncentrationen regnes for at være konstant
under reaktionen (pseudoførsteordensreaktion). Herved reduceres hastighedsudtrykket til:
v = k
pseudo
∙[CV
+
]
x
hvor k
pseudo
= k∙[OH
-
]
y
(3)
STX 3.g
+
er farvet, kan krystalvioletkoncentrationen bestemmes spektrofotometrisk til forskellige
tidspunkter i reaktionsforløbet. Ved passende afbildninger kan x og k
pseudo
bestemmes.
Reaktionsordenen, y med hensyn til hydroxid bestemmes ved at lave måleserier med forskellige
koncentrationer af hydroxid, og således at hydroxid er i alle måleserierne er i stort overskud.
Aktiveringsenergien bestemmes ved at gennemføre reaktionen ved forskellige temperaturer.
Apparatur/kemikalier
Krystalviolet
3
med koncentrationerne 10,0 mg/L, 5,0 mg/L, 4,0 mg/L, 3,0 mg/L, 2,0 mg/L og
1,0 mg/L, 0,40 M NaOH, 0,40 M KNO
3
, spektrofotometer, computer og termometer.
Udførelse
1
Se bilag 1 for struktur
2
Se KK3 s.11-23 og 28-30
3
Opløst i KNO
3
(aq)
[navn fjernet] 3.x Reaktionskinetik 2/2-12
Side 2 af 8
I inddeles i 4 hold og hvert hold skal udføre følgende:
a. Optage absorptionsspektrum af krystalviolet
b. Lave en standardkurve for krystalviolet
c. Lave en måleserie ved én hydroxidionskoncentration
d. Lave en måleserie ved én temperatur forskellig fra stuetemperaturen
Ad a)
Absorptionsspektret af 5,0 mg/L opløsningen optages med KNO
3
(aq) som reference
4
. Ud fra
spektret fastlæges en bølgelængde til fastlæggelse af en standardkurve. Denne bølgelængde
anvendes i resten af forsøget. Kopier spektret til Word og gem det til rapporten.
Ad b)
Mål absorbansen af de fem opløsninger 5,0 mg/L ….. 1,0 mg/L ved den valgte bølgelængde. Brug
samme kuvette.
Ad c)
Måleserier:
Måleserie/hold
Krystalviolet
10,0 mg/L
mL
0,40 M NaOH
mL
0,40 M KNO
3
5
mL
Start
Temp./
O
C
Slut
Temp./
O
C
1
10,0
10,0
0,0
19
22
2
10,0
7,5
2,5
3
10,0
5,0
5,0
4
10,0
2,5
7,5
4
Se bilag 2 for vejledning til spektrofotometeret
5
For konstant ionstyrke
[navn fjernet] 3.x Reaktionskinetik 2/2-12
Side 3 af 8
Krystalvioletopløsningen overføres til et 100 mL bægerglas. NaOH/KNO
3
blandes i et andet 100
mL bægerglas. De to væsker hældes sammen i et af bægerglassene, og der omrøres kort (det skal gå
hurtigt!). En kuvette fyldes hurtigt med opløsningen, og anbringes i spektrofotometeret, hvorefter
absorbansen måles løbende i intervaller af 1,0 sekunder.
Når absorbansen er mindre end 0,20 stoppes forsøget.
Ad d)
Hold
Krystalviolet
10,0 mg/L
mL
0,40 M NaOH
mL
Ca. Start
Temp./
O
C
Målt start
temp./
O
C
Målt Slut-
temp./
O
C
Gennemsnits-
temp./
O
C
1
10,0
10,0
8,0
10
15
2
10,0
10,0
13,0
3
10,0
10,0
26,0
4
10,0
10,0
32,0
Der fremstilles et vandbad med den pågældende ca. temperatur. Krystalviolet og NaOH afmåles i
hvert sit reagensglas og anbringes i vandbadet i ca. 15 min, hvorefter starttemperauren måles.
Indholdet i de 2 reagensglas hældes sammen i et 100 mL bægerglas og en kuvette fyldes hurtigt
med opløsningen, hvorefter absorbansen måles løbende i intervaller af 1,0 sekunder i alt 50 sek.
Sluttemperaturen af opløsningen i kuvetten måles.
Resultaterne overføres til Excel og gemmes
Resultater/databehandling:
[navn fjernet] 3.x Reaktionskinetik 2/2-12
Side 4 af 8
Vi startede med at lave et absorptionsspektrum, så vi kan bestemme den bølgelængde. Denne
bølgelængde skal vi bruge for at vide, hvor vi skal måle i spektrummet, når vi laver vores
standardkurve.
Vi valgte bølgelængden 585 nm, da det er ca. ved denne bølgelængde, at
absorptionsspektrummet har sin top. Bølgelængden blev bestemt ved hjælp af programmet.
En standardkurve laves for at vi kan bestemme koncentrationen af krystalviolet. Vi skal bruge
den rette linjes ligning, til at finde koncentrationen af krystalviolet. Det vises hvordan senere,
Standardkurven for forsøget ser således ud.
[navn fjernet] 3.x Reaktionskinetik 2/2-12
Side 5 af 8
To af punkterne ligger lige over eller lige under den bedste rette
linje, som er blevet lagt ind. Standardkurven kan bruges som hjælp til at finde koncentrationen
af krystalviolet. Den viser samtidig at absorbansen er proportional med koncentrationen af
krystalviolet.
Vi beregner koncentrationen af krystalviolet ved formlen
, hvor x er koncentrationen af
krystalviolet, y er absorbansen, b og a er fundet ved hjælp af standardkurvens ligning.
Vi kan ud fra graferne bestemme at reaktionen er af første orden. Da R er tættest på 1 ifølge
den rette linjes ligning for afbildningerne.
Alle afbildningerne og beregningerne kan ses i bilag.
Så for at finde k
pseudo
skal vi bruge koncentrationen af hydroxid. Som vi kan finde ved
Så koncentrationen af hydroxid er 0,200 M.
Hold
[OH]/M
K
pseudo
/sek
-1
y = 0,2331x + 0,0073
R² = 0,9634
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 1 2 3 4 5 6
Standardkurve
Koncentration
1
0,178
2
0,485
3
0,825
4
0,918
5
1,127
[navn fjernet] 3.x Reaktionskinetik 2/2-12
Side 6 af 8
1
0,200
0,0226
2
0,150
0,0131
3
0,100
0,0109
4
0,050
0,0049
k
pseudo
for de 4 hold sammenholdes med [OH
-
] i de fire forsøg (husk der sker en fortynding af
OH
-
ved sammenblandingen)
Bestem y ud fra de 4 resultater – f.eks. ved at afbilde ln k
pseudo
som funktion af [OH
-
]
Bestem endvidere k
Ud fra de 4 k
pseudo
, som der er blevet fundet, kan vi finde y og konstanten k ved at afbillede en
graf med ln(k
pseudo
) som funktion af ln([OH]), da
Hvor det kan ses at denne udledte formlen er lig med formlen for en ret linje y1 = ax+b. Hvor
ln(k
pseudo
) er lig med y1, ln(k) er lig med b, y er lig med a og ln([OH]) er lig med x
y = 0,9344x + 1,9946
R² = 0,9675
-3,5
-3
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
0
-6 -4 -2 0
l
n
(
k
p
s
e
u
d
o
)
ln([OH])
Serie1
Lineær (Serie1)
Lineær (Serie1)
[navn fjernet] 3.x Reaktionskinetik 2/2-12
Side 7 af 8
Da vi har lavet en graf med ln(k
pseudo
) som funktion af ln([OH]), kan vi hurtig finde y og k.
y = 0,9344
ln(k) = 1,9946, så k = 0,690444
Vi kan lave et Arhhenius plot ud fra de fundne k
pseudo
som er fundet ved forskellige
temperaturer.
k
pseudo
t/K
0,0246
298,15
0,0226
293,15
0,0078
289,65
Vi kan finde aktiveringsenergien ved formlen
Da vi kender k
pseudo
ved forskellige temperaturer
y = -11079x + 33,614
R² = 0,7256
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
0,00334 0,00336 0,00338 0,0034 0,00342 0,00344 0,00346
ln(k
pseudo
)
1/T (K
-1
)
y
Lineær (y)
Lineær (y)
[navn fjernet] 3.x Reaktionskinetik 2/2-12
Side 8 af 8
Aktiveringsenergien er lav, da den normalt ville være mellem 50-200 kJ.
Konklusion:
Da der skete en fejl i vores forsøg, så vi ikke kunne beregne vores k
pseudo
, så vi havde kun de andre
holds konstanter. Derfor kan jeg ikke påstå at vores forsøg lykkedes helt. Men vores formål
lykkedes, for vi fandt reaktionsordenen, hastighedskonstanten og aktiveringsenergien for reaktionen
mellem krystalviolet og hydroxid.