Back to chapter

13.2:

Meten van Reachtiesnelheden

JoVE Core
Química
É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo.  Faça login ou comece sua avaliação gratuita.
JoVE Core Química
Measuring Reaction Rates

Idiomas

COMPARTILHAR

Reactiesnelheden kunnen worden bestudeerd door de verandering in concentraties van reactanten of producten als functie van de tijd te bepalen. Concentratieveranderingen kunnen worden gemeten met experimentele technieken zoals polarimetrie, spectroscopie of drukmetingen. Polarimetrie maakt gebruik van vlakgepolariseerd licht met een elektrisch veld dat slechts langs één vlak is georiënteerd.Het meet het vermogen van verbindingen om gepolariseerd licht te roteren, wat afhangt van de moleculaire structuur van de aanwezige verbinding. Overweeg de hydrolyse van sucrose, die glucose en fructose oplevert. Een polarimeter wordt gebruikt om de mate van rotatie te meten van vlak gepolariseerd licht dat door de reagerende sucrose-oplossing valt.Sucrose veroorzaakt rotatie met de klok mee, terwijl glucose en fructose rotatie tegen de klok in veroorzaken. Door de mate van rotatie van licht op vaste tijdsintervallen te meten, kunnen de relatieve concentraties van sucrose, glucose of fructose worden berekend en de reactiesnelheid worden bepaald. Reactiesnelheden kunnen ook worden gemeten met behulp van spectrofotometrische methoden, waarbij gebruik wordt gemaakt van het vermogen van reactanten of producten om licht van specifieke golflengten te absorberen.Hoe hoger de concentratie van de betreffende stof, hoe intenser de lichtabsorptie ervan zal zijn. Kleurloos waterstofgas reageert bijvoorbeeld met violette jodiumdamp om kleurloos waterstofjodide te vormen. Jodiumdamp absorbeert licht in het geelgroene gebied en reflecteert violet licht.Tijdens de reactie meet een spectrofotometer de hoeveelheid licht die door het monster wordt geabsorbeerd en analyseert het doorgelaten licht. Dus naarmate de reactie vordert, wordt de afname van de jodiumdampconcentratie waargenomen door de vermindering van de geelgroene lichtabsorptie. Met behulp van de wet van Lambert-Beer kan de intensiteit van het op verschillende tijdstippen geabsorbeerde licht worden berekend en gerelateerd aan concentratieveranderingen.Als een van de reactanten of producten een gas is, worden drukmetingen gebruikt om reactiesnelheden te bepalen door drukveranderingen te volgen. Tijdens de ontleding van waterstofperoxide wordt bijvoorbeeld de reactiesnelheid bestudeerd met een manometer om de druk van het vrijkomende zuurstofgas te volgen. Naarmate de reactie vordert en er meer zuurstofgas vrijkomt, stijgt de druk.Met behulp van de ideale gasvergelijking worden drukwaarden die op verschillende tijdstippen zijn geregistreerd, omgezet in concentraties. De concentratieverandering als functie van de tijd wordt gebruikt om de reactiesnelheid te bepalen. Voor langdurige reacties kunnen met regelmatige tussenpozen monsters of aliquots uit het reactiemengsel worden genomen.De relatieve concentraties worden vervolgens gemeten met behulp van instrumentele technieken zoals gaschromatografie, massaspectrometrie of titratie om reactiesnelheden te berekenen.

13.2:

Meten van Reachtiesnelheden

Polarimetry finds application in chemical kinetics to measure the concentration and reaction kinetics of optically active substances during a chemical reaction. Optically active substances have the capability of rotating the plane of polarization of linearly polarized light passing through them—a feature called optical rotation. Optical activity is attributed to the molecular structure of substances. Normal monochromatic light is unpolarized and possesses oscillations of the electrical field in all possible planes perpendicular to the direction of its propagation. When an unpolarized light passes through a polarizer, a linearly polarized light maintaining oscillations in one plane emerges out.

A polarimeter instrument determines the polarization direction of the light or the rotation produced by an optically active substance. In a polarimeter, the plane-polarized light is introduced to a tube containing the reacting solution, and the reaction can be followed without disturbing the system. If the sample contains optically inactive substances, there will be no change in the orientation of the plane of the polarized light. The light will be visible in the same intensity on the analyzer screen, and the angle of rotation reading (ɑ) will read zero degrees.

However, the presence of optically active compounds in the reacting sample causes the rotation of the plane of the polarized light passing through. The light emerging out will be less bright. The axis of the analyzer device will have to be rotated in a clockwise (dextrorotatory) or counter-clockwise (levorotatory) direction to observe the maximum brightness. The direction in which the analyzer needs to be rotated depends on the nature of the compound present. The optical rotation measured is proportional to the concentration of the optically active substances present in the sample. By analyzing the angle of rotation measurements at different time points, the concentrations of the optically active compounds can be determined as a function of time.

Spectrometry

Optical experimental techniques like spectrometry are also frequently employed to monitor chemical reactions and secure quantitative information on reaction kinetics. Using spectrometry, the light of a specific wavelength is made to pass through a reacting sample. The molecules or compounds (either a reactant or product) within the sample may absorb some light while transmitting the remaining amount, which is measured by a detector. The quantity of light absorbed depends on the concentration of the compound or molecule of interest. For instance, the higher the concentration of a compound, the larger its absorbance. From the absorbance, the instrument will be able to determine the concentration of the compound of interest. In a reacting sample, the absorbance measured at periodic intervals computes the concentrations of the reactant or product as a function of time.

Pressure Measurements

For reactions involving gas-phase substances, the reaction kinetics is followed by quantifying the changes in the number of moles of gases as a function of the changes in pressure. The experimental settings of a gas-phase reaction can be connected to a manometer that could measure the pressure of either a gaseous reactant or product. As the reaction progresses, the pressure of the reactants decreases, and(or) the products' pressure increases. This can be measured by the manometer as a function of time. By employing the ideal gas law—the concentration of a gas is proportional to its partial pressure—the rate of a chemical reaction can be calculated.