Διδακτικά Βιβλία του Παιδαγωγικού Ινστιτούτου

Αναζήτηση

Βρες
Εμφάνιση

3.4 Ένα πείραμα χημικής κινητικής μελέτης

Κλείνοντας το κεφάλαιο, θα πρέπει για άλλη μια φορά να τονίσουμε τη σημασία που έχει το πείραμα στη μελέτη της χημικής κινητικής. Έτσι, αντί επιλόγου, παραθέτουμε ένα πείραμα χημικής κινητικής μελέτης, προσπαθώντας να αξιοποιήσουμε πολλά από τα στοιχεία που αναπτύξαμε στο παρόν κεφάλαιο. Το πείραμα που θα μελετήσουμε στηρίζεται στην αντίδραση διαφόρων μετάλλων π.χ. Zn, Mg, Fe και Μn με αραιό H2SO4. Οι αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα περιγράφονται με τις παρακάτω χημικές εξισώσεις: Zn(s) + H2SO4(aq) [pic] ZnSO4(aq) + Η2(g) Fe(s) + H2SO4(aq) [pic] FeSO4(aq) + Η2(g) Mn(s) + H2SO4(aq) [pic] MnSO4(aq) + Η2(g) Mg(s) + H2SO4(aq) [pic] MgSO4(aq) + Η2(g)

ΣΧΗΜΑ 3.9 Πειραματική διάταξη για την κινητική μελέτη της αντίδρασης Μ+ Η2SO4 [pic] ΜSO4 + H2 [pic]­

ΣΧΗΜΑ 3.10 Καμπύλες αντίδρασης (V – t).

Η κινητική μελέτη των παραπάνω αντιδράσεων μπορεί να βασιστεί στη μέτρηση του όγκου του Η2 που ελευθερώνεται σε τακτά χρονικά διαστήματα, κάνοντας χρήση της παρακάτω διάταξης:

Τα αποτελέσματα των μετρήσεων δίνονται σε μορφή διαγραμμάτων V - t (καμπύλες αντίδρασης). Να σημειωθεί, ότι σε κάθε κουκκίδα αντιστοιχεί μια πειραματική μέτρηση. Με βάση τις καμπύλες και με τον τρόπο που υποδείξαμε στην ενότητα 1.1 (σχήμα 3.3) μπορούμε να προσδιορίσουμε την ταχύτητα των αντιδράσεων σε διαφόρους χρόνους, ΔV/Δt – t.

ΣΧΗΜΑ 3.11 Ταχύτητα αντίδρασης σε συνάρτηση με το χρόνο (ΔV/Δt – t).

ΣΧΗΜΑ 3.12 Επίδραση καταλύτη (Cu) στην αντίδραση Zn(s) + Η2SO4 (aq) [pic] ZnSO4 + H2 [pic]­

Να παρατηρήσουμε ότι τη μέγιστη αρχική ταχύτητα έχει το Mn, ακολουθεί το Mg και τελευταίος έρχεται ο Fe, ο οποίος παρουσιάζει αξιοσημείωτη σταθερότητα (βλέπε σχήμα 3.11). Το παραπάνω πείραμα οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η ταχύτητα της αντίδρασης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη φύση του μετάλλου. Θα μπορούσαμε να συνεχίσουμε το πείραμα μελετώντας αυτή τη φορά τη παράμετρο «επιφάνεια επαφής», προσδιορίζοντας την καμπύλη της αντίδρασης ενός μετάλλου π.χ. Mn με διαφορετικού μεγέθους κόκκους (κρατώντας τις υπόλοιπες παραμέτρους σταθερές). Ανάλογα, μπορούμε να μελετήσουμε την επίδραση της θερμοκρασίας, της συγκέντρωσης, του καταλύτη κ.τ.λ. Για παράδειγμα, η μελέτη της επίδρασης του καταλύτη στην αντίδραση Zn(s) + H2SO4(aq) [pic] ZnSO4(aq) + Η2(g) οδηγεί στο παρακάτω σχήμα:

Τέλος, να παρατηρήσουμε, ότι η πειραματική μελέτη της επίδρασης της συγκέντρωσης των αντιδρώντων στη ταχύτητα οδηγεί στον προσδιορισμό της τάξης της αντίδρασης και έτσι ανοίγει ο δρόμος για τη διερεύνηση του μηχανισμού της αντίδρασης.