תלות בריכוז

מקור: סמאא קורים באוניברסיטת ג'ונס הופקינס, MD, ארה"ב

1. Concentration DependenceExpand

   בניסוי זה תשלב ריכוזים משתנים של HCl מימי ונתרן תיוסולפט כדי ליצור גופרית מוצקה, אשר מתאספת במהירות לחלקיקים צהובים אטומים בריכוז גופרית מסוים. מכיוון שתמיסת התגובה מתחילה ברורה וחסרת צבע, אתה יכול בקלות לדעת מתי היא מגיעה לריכוז זה.

   אתה תשתמש באותה מבחנה ובאותו נפח כולל בכל פעם, כך שתידרש אותה כמות של גופרית כדי להפוך כל תמיסה לאטומה לחלוטין. לכן, תוכלו למדוד את התקדמות התגובה על ידי תזמון כמה זמן זה לוקח. לאחר מכן תשתמש בנתונים אלה כדי להעריך את סדרי התגובה של המגיבים הבודדים ואת התגובה הכוללת.

   לפני תחילת המעבדה, הכינו טבלה המפרטת את ריכוזי המגיבים, זמן אטימות התמיסה וטמפרטורת התמיסה לניסויים.

   טבלה 1: התקדמות התגובה

   בדיקה	[נא2s2o3] (ז)	[HCl] (ז)	זמן (ים)	טמפ' (°C)
   1	0.1 M	3.0 M
   2	0.1 M	3.0 M
   3	0.2 M	3.0 M
   4	0.15 M	3.0 M
   5	0.05 M	3.0 M
   6	0.1 M	6.0 M
   7	0.1 M	4.5 M
   8	0.1 M	1.5 M

   לחץ כאן להורדת טבלה 1

   אנחנו רוצים לוודא שכל התגובות מתרחשות בטמפרטורת החדר. תבצעו שני ניסויי בנצ'מרק, שלושה ניסויים עם ריכוזי נתרן תיוסולפט שונים, ושלושה ניסויים עם ריכוזי HCl שונים. תוכלו לשנות את הריכוזים על ידי דילול תמיסות מלאי של נתרן thiosulfate ו HCl, כפי שמוצג בטבלאות הבאות.

   טבלה 2: דילול נתרן thiosulfate

   ריכוז יעד	נפח של 0.2 M נתרן thiosulfate	Volume of DI water
   0.05 M	5 mL	15 mL
   0.10 M	10 mL	10 mL
   0.15 M	15 mL	5 mL
   0.20 M	20 mL	0 mL

   לחץ כאן להורדת טבלה 2

   טבלה 3: דילול HCl

   ריכוז יעד	נפח של 6.0 M HCl	Volume of DI water
   1.5 M	2.5 mL	7.5 mL
   3.0 M	5.0 mL	5.0 mL
   4.5 M	7.5 mL	2.5 mL
   6.0 M	10 mL	0 mL

   לחץ כאן להורדת טבלה 3

   זכור לנקוט משנה זהירות בעת טיפול HCl, שהוא רעיל וקורוזיבי מאוד. דו תחמוצת הגופרית, שהיא תוצר גזי של תגובה זו, היא גם רעילה. אתה תשאיר את פסולת התגובה במכסה האדים למשך הלילה כדי לאפשר לגופרית הדו-חמצנית לברוח ללא נזק.

   • ראשית, לבשו מעיל מעבדה, משקפי בטיחות חסיני התזה וכפפות ניטריל.
   • מלאו בקבוק שטיפה מפלסטיק במים שעברו דה-יוניזציה וקבלו מבחנה המסומנת ב-X.
   • מהדקים את המבחנה מעל מרכז צלחת ערבוב קטנה. התווית חייבת להיות בצד הנגדי ממך. ודא שאתה יכול לראות בבירור את X. הניחו מוט ערבוב מגנטי קטן במבחנה.
   • השתמש במהדק מדחום כדי לאבטח מדחום זכוכית בשליש התחתון של הצינור, ולשמור עליו נקי מה-X וממוט הערבוב.
   • גזרו יריעה של כ-20 ריבועים של סרט פרפין מפלסטיק מגליל והחזירו את הסדין למכסה המנוע.
   • הניחו מגבות נייר במכסה האדים כמשטח נקי לשימוש חוזר בכלי מעבדה.
   • תייגו של 600 מ"ל כ"פסולת" עבור התגובה, של 100 מ"ל כ-'0.2 M נתרן thiosulfate', וכוס של 50 מ"ל כ-'6 M HCl'.
   • מלאו את ה-100 מ"ל ב-0.2 M נתרן תיוסולפט מבקבוק הסטוק שבמכסה המנוע.
   • לאחר מכן, הביאו את ה-50 מ"ל ואת השעון למכסה המנוע לחלוקת חומצה כדי לקבל 50 מ"ל של 6 M HCl. כסו את הכד המלא בזכוכית השעון והחזירו את החלק שלכם ב-HCl למכסה המנוע.
   • הכן 20 מ"ל של 0.1 M נתרן thiosulfate עבור ניסוי benchmark הראשון. השתמש פיפטה נפחית 10 מ"ל כדי למדוד 10 מ"ל של 0.2 M נתרן thiosulfate ולהוציא אותו לתוך בקבוק נפח 20 מ"ל. ממלאים את הבקבוק הנפחי של 20 מ"ל במים נטולי יונים.
   • לאחר מכן, חותכים ריבוע של סרט פרפין מפלסטיק, אוטמים את הצלוחית והופכים אותה מספר פעמים כדי לערבב היטב את התמיסה.
   • הסר את הסרט ושפך את התמיסה לתוך המבחנה.
   • הכינו 10 מ"ל של 3 M HCl. פיפטה 5 מ"ל של 6 M HCl לתוך גליל מדורג 10 מ"ל. הוסף מים דה-יוניים כדי למלא את הגליל המדורג לקו 10 מ"ל.
   • אטמו את החלק העליון של הגליל המדורג בסרט פרפין מפלסטיק וערבבו היטב את תמיסת HCl על ידי היפוכה מספר פעמים.
   • כעת, הפעל את מנוע הערבוב וקבל סטופר מאופס. ודא שאתה יכול לראות את ה- X דרך התמיסה במבחנה.
   • הפעל בו זמנית את שעון העצר ושפך את 3M HCl לתוך המבחנה.
   • צפו ב-X דרך התמיסה, שתתחיל להיות עכורה כאשר תיווצר מספיק גופרית כדי להרוות אותה. עצור את שעון העצר בדיוק כאשר הפתרון הופך להיות כל כך אטום שה- X נעלם.
   • הקלט את השעה במחברת המעבדה שלך עבור benchmark trial 1 ולאחר מכן אפס את שעון העצר. כמו כן, רשום את הטמפרטורה של הפתרון.
   • כעת, כבו את מנוע הערבוב, הסירו את המדחום ושטפו אותו במים נטולי יונים.
   • לאחר מכן, רוקנו את המבחנה לתוך הפסולת, שלפו את מוט הערבוב במלקחיים ארוכים, שטפו את המבחנה ואת מוט הערבוב במים נטולי יונים.
   • נקו היטב את המבחנה בעזרת מברשת מבחנה. שטפו בקצרה גם את הבקבוק הנפחי ואת הגליל המדורג במים שעברו דה-יוניזציה. יבשו הכל עם מגבות נייר.
   • חזור על גירסת הניסיון באותו אופן בדיוק בפעם השנייה. אם הזמן אינו בטווח של 3 - 5 שניות מהניסיון הראשון, חזור על משפט אמת המידה עד שיהיו לך שני ניסויים עקביים.
   • בצע את אותו הליך כולל עבור כל ניסוי עוקב, שנה את הדילולים כפי שמצוין בטבלה שלך ונקה את כלי הזכוכית שלך בין כל ניסוי. השתמש פיפטה נפחית 5 מ"ל לפי הצורך בעת מדידת תמיסת מלאי נתרן thiosulfate בניסויים ארבעה וחמישה.
   • לאחר שביצעתם את כל שמונת הניסויים, שטפו את כלי הזכוכית והכלים שלכם בפעם האחרונה ונטרלו את פסולת התגובה עם סודה לשתייה. היזהר כי דו תחמוצת הגופרית היא אחד מתוצרי התגובה.
   • העבירו את פסולת התגובה המנוטרלת למכל הפסולת הייעודי. לאחר מכן, שפכו את כל תמיסת הנתרן תיוסולפט שנותרה למיכל הפסולת המסומן שלה ושטפו את הכד במים נטולי יונים.
   • נטרלו את שאריות HCl עם סודה לשתייה לפני שטיפתו במורד הניקוז במי ברז.
   • לבסוף, נקו והניחו את כלי המעבדה שלכם בהתאם לנהלים הסטנדרטיים שלכם וזרקו את כל האשפה שנותרה במכסה המנוע שלכם. המדריך שלך ישליך את פסולת התגובה מאוחר יותר.
2. ResultsExpand
   • כעת, הערך את סדר התגובה של נתרן thiosulfate ו- HCl. חשב את הריכוז ההתחלתי של נתרן thiosulfate בתערובת התגובה עבור ניסויים 1 עד 5. כאשר מסתכלים על ריכוז הנתרן תיוסולפט וזמני התגובה, אנו רואים שככל שהריכוז מכפיל את עצמו, הזמן לאטימות מצטמצם בחצי.

     טבלה 4: הערכת סדר התגובה נתרן תיוסולפט

     גירסת ניסיון	[Na2S2O3] נוסף	Na2S2O3 אמצעי אחסון (mL)	Total volume (mL)	[Na2S2O3] בתערובת	Time (s)	זמן הפוך (s-1)
     1, 2	0.1
     3	0.2
     4	0.15
     5	0.05

     לחץ כאן להורדת טבלה 4
   • זכור שכל ניסוי השתמש באותו נפח, ולכן נדרשה אותה כמות של גופרית כדי להפוך כל תמיסה לאטומה. לכן, התגובה היא מהירה פי שניים כאשר ריכוז thiosulfate נתרן מוכפל.
   • כאשר הריכוז עולה פי 4, קצב התגובה עולה גם הוא פי 4. קשר אחד-על-אחד זה מצביע על כך שהתגובה הייתה מסדר ראשון עבור נתרן תיוסולפט. אם כן, היינו מצפים שתרשים של קצב לעומת ריכוז נתרן תיוסולפט יהיה ליניארי.
   • לא מדדנו כמה גופרית נדרשה כדי להפוך את התמיסה לאטומה, אבל אנחנו מניחים שזה היה זהה בכל ניסוי. זה מאפשר לנו להשתמש בהיפוך הזמן לאטימות כסטנד-אין לקצב. השיפוע לא יהיה שווה ל-k, אבל זה בסדר עבור מעבדה זו.
   • התווה זמן תגובה הפוך כפונקציה של ריכוז נתרן thiosulfate. זה מאשר את הקשר הליניארי בין ייצור גופרית לבין ריכוז thiosulfate. לפיכך, נראה שהתגובה היא מסדר ראשון ביחס לתיוסולפט.
   • השתמש באותה שיטה כדי להעריך את סדר התגובה של HCl. ראשית, חשב את הריכוז ההתחלתי של HCl במבחני אמת מידה ובניסויים 6 עד 8.

     טבלה 5: הערכת HCl של סדר התגובה

     גירסת ניסיון	[HCl] נוסף	HCl volume (mL)	Total volume (mL)	[HCl] בתערובת	Time (s)
     1, 2	0.1
     3	0.2
     4	0.15
     5	0.05

     לחץ כאן להורדת טבלה 5
   • לאחר מכן, הסתכלו על ריכוז HCl ועל זמני התגובה של ניסויים אלה. זמני התגובה כמעט זהים, ולכן לריכוז HCl אין השפעה על קצב התגובה. משמעות הדבר היא כי HCl נראה בסדר אפס עבור תגובה זו.
   • לבסוף, סכמו את סדרי התגובה של המגיבים כדי לקבל את סדר התגובה הכולל.