Teplota a rýchlosť reakcie

 

Zo skúsenosti vieme, že napríklad cukor sa skôr rozpustí v teplej vode, ako v studenej. Rýchlosť reakcie pri izbovej, resp. laboratórnej teplote sa tisíc, niekedy až milión násobne skracuje v priemysle, kde reakcie prebiehajú pri veľmi vysokých teplotách. Prečo sa však pri vysokých teplotách čas, za ktorý prebehne reakcia skracuje, teda reakcia prebieha rýchlejšie?

Problém: Prečo sa pri vyšších teplotách čas, za ktorý reakcie prebehne, skracuje?

Pomôcky:

  • kužeľová banka s prevŕtanou gumenou zátkou
  • odmerný valec – s min. objemom  250 cm3
  • sklená vanička
  • 2 krát ohnutá sklená rúrka (ako v aparatúre na obrázku)
  • plynový kahan
  • trojnožka s azbestovou sieťkou a nehorľavou podložkou
  • teplomer (v rozsahu -10 (alebo aspoň 0 oC) – 100 oC)
  • ochranné pomôcky

Chemikálie:

  • roztok kyseliny chlorovodíkovej (cHCl = 0,1 mol/dm3)
  • práškový uhličitan vápenatý alebo uhličitan draselný
  • ľad
  • voda

UPOZORNENIE: Pred pokusom si nasaď ochranné okuliare a obleč plášť! Ak sa poleješ chemikáliou, ihneď sa dôkladne umy vodou a zavolaj vyučujúceho.

Pozor: Kyselina chlorovodíková  je žieravina!!!

 Postup práce:

  1. Odvážte 10 g uhličitanu vápenatého CaCO3 alebo draselného K2CO3.
  2. Odmerajte 50 cm3 HCl a nalejte do kužeľovej banky. Zmerajte a zaznačte teplotu kyseliny.
  3. Zostavte aparatúru podľa obrázku 1:

​Obr.: 1 Aparatúra na zachytávanie plynu

  1. Do kyseliny v banke pridajte uhličitan, uzatvorte aparatúru a ihneď začnite merať objem plynu, ktorý sa bude uvoľňovať. Údaje (objem uvoľneného plynu vždy po 30 sekundách v cm3) zapisujte do tabuľky 1.
  2. Opakujte pokus aspoň pri piatich rôznych (ale konštantných) teplotách – najskôr tak, že budete kyselinu chladiť v zmesi ľadu s vodou, potom jej zahrievaním. Namerané hodnoty zapisujte do tabuľky 1.

Tabuľka 1: Vplyv teploty na rýchlosť uvoľňovania plynu pri reakcii HCl s CaCO3 (K2CO3).

... oC

Čas (s)

V (cm3)

0

30

60

90

120

150

180

... oC

Čas (s)

V (cm3)

0

30

60

90

120

150

180

... oC

Čas (s)

V (cm3)

0

30

60

90

120

150

180

... oC

Čas (s)

V (cm3)

0

30

60

90

120

150

180

... oC

Čas (s)

V (cm3)

0

30

60

90

120

150

180

... oC

Čas (s)

V (cm3)

0

30

60

90

120

150

180

Pre každú hodnotu teploty určite počiatočnú (alebo priemernú) zmenu rýchlosti zmeny objemu uvoľneného plynu za jednotku času (s) v 1. minúte [cm3/s] (objem plynu (cm3) uvoľnený v prvej minúte/ 60s; priemerná: Σ [objem plynu v cm3/čas v sekundách v každom meranom čase] / n; n = počet meraní).

Tabuľka 2: Rýchlosť zmeny objemu uvoľneného plynu za jednotku času [cm3/s] pre reakciu HCl s CaCO3 (K2CO3):

Teplota (oC)

 

 

 

 

 

 

Rýchlosť zmeny objemu plynu

 (cm3/s)

 

 

 

 

 

 

Zadanie:

     Zostrojte graf:

·         na os x nanášajte čas (v s), na os y objem uvoľneného plynu v cm3

·         na os x nanášajte hodnoty teploty, na os y počiatočné (alebo priemerné) hodnoty rýchlosti zmeny objemu plynu

Zhrnutie:

Diskutujte:

  1. Porovnaj grafy: Čo nám hovoria o priebehu reakcie?
  2. Čo spôsobuje zvýšenie rýchlosti reakcie pri zvýšení teploty?
  3. Zvýšením teploty sa zvýši niekoľkonásobne počet zrážok. Zvýši sa o toľko krát aj rýchlosť reakcie? Vysvetli!
  4. Aký plyn sa pri reakcii uvoľňoval? Zapíš chemickou rovnicou reakciu, ktorá v reakčnej sústave prebiehala.
  5. Bola počas doby, za ktorú reakcia prebiehala, teplota reakčnej zmesi stále rovnaká? Navrhni spôsob, ako by bolo možné počas reakcie teplotu regulovať (udržiavať ju na stálej hodnote).
  6. Bola rýchlosť reakcie (resp. množstvo uvoľňovaného plynu) počas celého experimentu (meranie pri rovnakej počiatočnej teplote) rovnaká? (Resp. uvoľnilo sa každých 20 sekúnd rovnaké množstvo plynu?) Vysvetli svoju odpoveď.
  7. Reakcia prebiehajúca pri experimente je exotermická. Môže tento fakt ovplyvniť výsledky? Ako?
  8. Prečo sme rýchlosť reakcie, stanovovali pri „počiatočnej“ teplote – t.j. v čase 60 s?
  9. Porozmýšľaj: Prečo dávame potraviny do chladničky?

Záver

Zvýšením teploty sa zvyšuje kinetická energia častíc, následkom čoho zrážky molekúl nastávajú s vyššou energiou. Rozbitie väzby „starej“ molekuly, ktoré je potrebné na to, aby mohla vzniknúť nová zlúčenina, je pri zrážke s vyššou energiou pravdepodobnejšie, teda aj šanca na to, aby prebehla reakcia, ale i frekvencia aktívnych zrážok je väčšia.

 


Upozornenie: Chránené autorskými právami! Pre viac informácii viď sekciu "copyright".