Реферат звіт про ндр: 47 с., 11 рис., 17 табл., 11 джерел




Сторінка1/13
Дата конвертації29.12.2016
Розмір1,07 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13
УДК 547.458.2:544.41:544.342:544.47

КП

№ госрегистрации 0110U001765



Инв. №
Міністерство освіти і науки України

Сумський державний університет(СумДУ)

40007, м.Суми, вул.Римського-Корсакова, 2;

тел. (0542) 33 53 83; факс 33 40 58

ЗАТВЕРДЖУЮ

Проректор з наукової роботи,

д.ф-м.н., проф.

__________________А.М.Чорноус

__________________

ЗВIТ

ПРО НАУКОВО-ДОСЛIДНУ РОБОТУ


ДОСЛІДЖЕННЯ КІНЕТИКИ ГІДРОЛІЗА САХАРОЗИ
ПРИ НАЯВНОСТІ НЕОРГАНІЧНИХ КИСЛОТ
(заключний)

Начальник НДЧ

к.ф.-м.н., снс Д.І. Курбатов

Керівник НДР

к.х.н., доцент С.Ю.Лебедєв

2014

Рукопис закінчено 15 грудня 2014 р.
Результати цієї роботи розглянуто науковою радою СумДУ,

протокол від 2014.12.25 № 5



Список авторів



Керівник НДР, канд.химич. наук, доцент

2014.12.15



С.Ю.Лебедєв (розд. 1-6)

Студент


2014.12.15



Т.А.Хіжняк (розд. 3)

Студент


2014.12.15



А.С.Куліш (розд.3)

РЕФЕРАТ

Звіт про НДР: 47 с., 11 рис., 17 табл., 11 джерел.

Об’єктом вивчення є реакція гідролізу сахарози.

Метою даної роботи є отримання додаткової інформації про кінетику гідролізу сахарози за наявності сильних мінеральних кислот, встановлення емпіричних зв’язків, що описують перебіг даного процесу і зіставлення цих залежностей з існуючими теоретичними поглядами на перебіг хімічних реакцій.

Методи дослідження: в роботі проведено дослідження кінетики реакції гідролізу сахарози в присутності неорганічних кислот: хлоридної, сульфатної, нітратної, бромідної в інтервалі температур 15 - 40оС при концентраціях кислот 0,5 - 3,0 моль/л методом поляриметрії. Обробка даних експериментів проводили з використанням пакета програм Microsoft Excel.

Результатом роботи є велика кількість значень констант швидкості реакції гідролізу сахарози для різних температур, різних концентрацій як розчинів каталізаторів , так і розчинів сахарози. Для досліджених інтервалів температур і концентрацій отримано емпіричні формули, які з високою достовірністю дозволяють розраховувати константи швидкості реакції за різних умов. Знайдено надійне значення енергії активації, зроблено оцінку значень ентропії активації. Показано, що зміна концентрації розчину сахарози, практично не впливає на значення константи швидкості реакції.

Рекомендації по використанню результатів роботи: результати роботи можуть бути використані в харчовій промисловості, в якості довідкових значень. Дані роботи можуть бути впроваджені в навчальний процес для проведенні лабораторних занять з фізичної хімії.

хімічна кінетика, каталіз, енергія активації, рівняння Арреніуса, константа швидкості реакції.

ЗМІСТ

1 ДЕЯКІ АСПЕКТИ ТЕОРІЇ АКТИВОВАНОГО КОМПЛЕКСУ 6

2.1 Постановка експерименту 9

2.2 Приготування розчинів вихідних речовин 10

2.3 Опис кінетичного експерименту 13

2.4 Результати дослідження каталітичного гідролізу сахарози 14

2.5 Обговорення отриманих експериментальних результатів 22

2.5.1 Вплив температури на кінетику реакції гідролізу сахарози 22

2.5.2 Вплив концентрації кислоти на кінетику реакції гідролізу сахарози 24

2.5.3 Емпіричні рівняння для опису кінетики реакції гідролізу сахарози 27

ВИСНОВКИ 31

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 32

ДОДАТОК 33





ВСТУП

Актуальність дослідження. Хімічна кінетика вивчає закономірності перебігу хімічних реакцій у часі, встановлює емпіричний зв’язок між швидкістю хімічних реакцій і умовами їх перебігу (концентраціями реагентів, температурою, фазовим станом, тиском і т.д.), виявляє чинники, що впливають на швидкість процесу. Кінцевим результатом таких досліджень є встановлення кількісних емпіричних залежностей між швидкістю хімічного процесу й умовами його перебігу та кількісний математичний опис хімічної реакції як процесу, що триває у часі.

Методи дослідження. Під час вирішення цієї задачі хімічна кінетика спирається на сучасні хімічні й фізико-хімічні методи дослідження. Сучасні обчислювальні засоби надають необмежені можливості для обробки отриманих експериментальних даних, дозволяють знаходити зв’язок між будь-якими параметрами процесів, що відбуваються. З’являється можливість точніше порівняти теоретичні погляди на перебіг хімічних реакцій з експериментально встановленими для них закономірностями.

Мета дослідження. Метою даної роботи є отримання додаткової інформації про кінетику гідролізу сахарози за наявності сильних мінеральних кислот, встановлення емпіричних зв’язків, що описують перебіг даного процесу і зіставлення цих залежностей з існуючими теоретичними поглядами на перебіг хімічних реакцій. У першому звіті по даній темі (2009 рік) були представлені дані дослідження щодо впливу хлоридної та сульфатної кислот на кінетику гідролізу сахарози. У додатку до даного звіту наведено результати по бромідної та нітратної кислотам. Обговорення результатів проведено по всьому спектру кислот-каталізаторів.

1 ДЕЯКІ АСПЕКТИ ТЕОРІЇ АКТИВОВАНОГО КОМПЛЕКСУ


Питання про можливість теоретичного розрахунку констант швидкостей хімічних реакцій на основі властивостей реагуючих молекул вирішується теорією активованого комплексу (теорією перехідного стану) [1-5]. Згідно з цією теорією активований комплекс являє собою особливого роду нестійку молекулу з дуже малим часом існування.

Активованому комплексу відповідає максимальне значення потенціальної енергії при переході від початкового стану системи до кінцевого. На рис.1 показано зміну потенціальної енергії системи, в якій відбувається хімічна реакція, механізм якої можна представити такою схемою:

АВ + С ↔ А – В – С → А + ВС




Рисунок 1- Енергетичний профіль шляху реакції

Координата реакції характеризує переміщення системи вздовж найбільш енергетично вигідного шляху реакції. Точка максимуму відповідає утворенню активованого комплексу А – В – С. Висота максимуму являє собою енергію активації Еа, тобто енергію, що є мінімально необхідною для утворення активованого комплексу з вихідних речовин. Різниця енергій активації прямої (Еа) і оборотної (Еа) реакції дорівнює тепловому ефекту реакції ∆Н.

Однією з важливих особливостей теорії активованого комплексу є можливість розрахунку деяких характеристик, пов’язаних з механізмом процесу, що вивчається. Так, на основі експериментальних значень констант швидкості і енергії активації можна розрахувати теплоту активації ∆Н* або ∆U*, ентропію активації ∆S*, енергію Гельмгольца активації ΔF* та енергію Гібса активації ΔG*.

Рівняння для константи швидкості реакції в теорії активованого комплексу може бути записано в квазі-термодинамічній формі, так як в основу теорії покладено припущення щодо існування рівноваги між активованим комплексом і вихідними речовинами:

k = χ Кс* (1).

В цьому виразі k – константа швидкості реакції, що вивчається, k – стала Больцмана, hстала Планка, Кс* – константа рівноваги процесу утворення активованого комплексу, Т – температура, χ – трансмісійний коефіцієнт, який враховує ймовірність того, що система, досягнувши перехідного стану, пройде в напрямку утворення продуктів реакції. Теоретичного методу розрахунку цього коефіцієнту немає, проте для більшості хімічних реакцій його приймають рівним одиниці.

Для процесу активації при V=const і T=const константа рівноваги описується таким рівнянням:

Кс* = e-ΔF*/ RТ = e-ΔU*/ RТ ∙eΔS*/ R (2).

Після перетворення можна отримати:

k = ∙ e-ΔF*/ RТ = ∙e-ΔU*/ RТ ∙eΔS*/ R (3).

В наведених рівняннях ∆U* - стандартна зміна внутрішньої енергії в процесі переходу вихідного стану в стан активованого комплексу, ∆S* - зміна ентропії при утворенні 1 моль активованого комплексу за стандартних умов (при концентрації активованого комплексу і вихідних речовин 1 моль/л). Вважається, що ∆U* не може бути визначена експериментально, проте зв’язана з енергією активації, яка визначається дослідним шляхом:

ΔU* = Еа – RT [6].

Стосовно експериментального знаходження енергії активації відомо, що вона може бути визначена на підставі залежності швидкості хімічної реакції від температури, яка встановлена у рівнянні Арреніуса:

k = ko∙ e-Ea/ RТ (4).

В цьому рівнянні ko – передекспоненціальний множник, константа, яка також визначається експериментально. Порівнюючи рівняння (3) та (4), можна зробити висновок, що передекспоненціальний множник безпосередньо визначається зміною ентропії в процесі утворення активованого комплексу.

2 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ КІНЕТИКИ КАТАЛІТИЧНОГО ГІДРОЛІЗУ САХАРОЗИ

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13


База даних захищена авторським правом ©uchika.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка