Konsantrasyon Bağımlılığı
Kaynak: Smaa Koraym, Johns Hopkins Üniversitesi, MD, ABD
- Konsantrasyon Bağımlılığı
Bu deneyde, belirli bir kükürt konsantrasyonunda hızla opak sarı parçacıklar halinde toplanan katı kükürt yapmak için değişen konsantrasyonlarda sulu HCl ve sodyum tiyosülfatı birleştireceksiniz. Reaksiyon çözeltisi berrak ve renksiz başladığından, bu konsantrasyona ne zaman ulaştığını kolayca anlayabilirsiniz.
Her seferinde aynı test tüpünü ve toplam hacmi kullanacaksınız, bu nedenle her bir çözeltiyi tamamen opak hale getirmek için aynı miktarda kükürt gerekecektir. Böylece, bunun ne kadar sürdüğünü zamanlayarak reaksiyon ilerlemesini ölçeceksiniz. Daha sonra bu verileri, tek tek reaktanların ve genel reaksiyonun reaksiyon sıralarını tahmin etmek için kullanacaksınız.
Laboratuvara başlamadan önce, denemeler için reaktan konsantrasyonlarını, çözelti opaklığına kadar geçen süreyi ve çözelti sıcaklığını listeleyen bir tablo hazırlayın.
Tablo 1: Reaksiyon ilerlemesi
deneme [Na2S2O3] (M) [HCl] (M) Zaman (s) Sıcaklık (°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 Tablo 1'i indirmek için buraya tıklayın
Reaksiyonların hepsinin oda sıcaklığında gerçekleştiğinden emin olmak istiyoruz. İki kıyaslama denemesi, farklı sodyum tiyosülfat konsantrasyonları ile üç deneme ve farklı HCl konsantrasyonları ile üç deneme yapacaksınız. Aşağıdaki tablolarda gösterildiği gibi sodyum tiyosülfat ve HCl'nin stok çözeltilerini seyrelterek konsantrasyonları değiştireceksiniz.
Tablo 2: Sodyum tiyosülfat seyreltmeleri
Hedef Konsantrasyon >0,2 M sodyum tiyosülfat hacmi DI su hacmi 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 Tablo 2'yi indirmek için buraya tıklayın
Tablo 3: HCl Seyreltmeleri
Hedef Konsantrasyon 6,0 M HCl Hacim DI su hacmi 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 Tablo 3'ü indirmek için buraya tıklayın
Toksik ve oldukça aşındırıcı olan HCl ile çalışırken dikkatli olmayı unutmayın. Bu reaksiyonun gaz halindeki bir ürünü olan kükürt dioksit de toksiktir. Kükürt dioksitin zararsız bir şekilde kaçmasını sağlamak için reaksiyon atığını gece boyunca çeker ocakta bırakacaksınız.
-
İlk olarak, bir laboratuvar önlüğü, su sıçramasına dayanıklı koruyucu gözlük ve nitril eldiven giyin.
-
Plastik bir yıkama şişesini deiyonize suyla doldurun ve X ile işaretlenmiş bir test tüpü alın.
-
Test tüpünü küçük bir karıştırma plakasının ortasına sıkıştırın. Etiket sizden karşı tarafta olmalıdır. X'i net bir şekilde görebildiğinizden emin olun. Test tüpüne küçük bir manyetik karıştırma çubuğu yerleştirin.
-
Bir cam termometreyi tüpün alt üçte birlik kısmına sabitlemek için bir termometre kelepçesi kullanın, onu X'ten ve karıştırma çubuğundan uzak tutun.
-
Bir rulodan yaklaşık 20 kare plastik parafin filmden oluşan bir tabaka kesin ve tabakayı davlumbazınıza geri getirin.
-
Laboratuvar gereçlerinin yeniden kullanılması için çeker ocak içine temiz bir yüzey olarak kağıt havlu koyun.
-
Reaksiyon için 600 mL'lik bir beheri 'atık', 100 mL'lik bir beheri '0.2 M sodyum tiyosülfat' ve 50 mL'lik bir beheri '6 M HCl' olarak etiketleyin.
-
100 mL'lik kabı, dağıtım davlumbazındaki stok şişesinden 0,2 M sodyum tiyosülfat ile doldurun.
-
Bundan sonra, 50 mL 6 M HCl elde etmek için 50 mL'lik kabı ve bir saat camını asit dağıtım başlığına getirin. Dolu kabı saat camıyla örtün ve HCl payınızı davlumbazınıza geri getirin.
-
İlk kıyaslama denemesi için 20 mL 0.1 M sodyum tiyosülfat hazırlayın. 10 mL 0,2 M sodyum tiyosülfatı ölçmek için 10 mL'lik hacimsel bir pipet kullanın ve 20 mL'lik hacimsel bir şişeye dağıtın. 20 mL hacimsel şişeyi işarete kadar deiyonize su ile doldurun.
-
Ardından, plastik parafin filmden bir kare kesin, şişeyi kapatın ve çözeltiyi iyice karıştırmak için birkaç kez ters çevirin.
-
Filmi çıkarın ve çözeltiyi test tüpüne dökün.
-
10 mL 3 M HCl hazırlayın. 5 mL 6 M HCl'yi 10 mL dereceli bir silindire pipetleyin. Dereceli silindiri 10 mL hattına doldurmak için deiyonize su ekleyin.
-
Dereceli silindirin üstünü plastik parafin film ile kapatın ve HCl çözeltisini birkaç kez ters çevirerek iyice karıştırın.
-
Şimdi, karıştırma motorunu çalıştırın ve bir sıfırlama kronometresi alın. Test tüpündeki çözelti aracılığıyla X'i görebildiğinizi onaylayın.
-
Aynı anda kronometreyi başlatın ve 3 M HCl'yi test tüpüne dökün.
-
X'i, doyurmak için yeterli kükürt üretildiğinde bulanıklaşmaya başlayacak olan çözeltinin içinden izleyin. Kronometreyi tam olarak çözüm o kadar opak hale geldiğinde ve X kaybolduğunda durdurun.
-
Karşılaştırma denemesi 1 için laboratuvar not defterinize zamanı kaydedin ve ardından kronometreyi sıfırlayın. Ayrıca, çözeltinin sıcaklığını kaydedin.
-
Şimdi, karıştırma motorunu kapatın, termometreyi çıkarın ve deiyonize su ile atık kabına durulayın.
-
Ardından, test tüpünü atık behere boşaltın, karıştırma çubuğunu uzun forseps ile alın ve test tüpünü durulayın ve çubuğu deiyonize su ile karıştırın.
-
Test tüpünü bir test tüpü fırçasıyla iyice temizleyin. Hacimsel şişeyi ve dereceli silindiri de deiyonize su ile kısa bir süre durulayın. Her şeyi kağıt havluyla kurulayın.
-
İkinci kıyaslama süresi için denemeyi aynı şekilde tekrarlayın. Süre, ilk denemeden sonraki 3 - 5 saniye içinde değilse, iki tutarlı denemeniz olana kadar karşılaştırma denemesini tekrarlayın.
-
Sonraki her deneme için aynı genel prosedürü izleyin, seyreltmeleri tablonuzda belirtildiği gibi değiştirin ve her deneme arasında cam eşyalarınızı temizleyin. Dördüncü ve beşinci denemelerde sodyum tiyosülfat stok çözeltisini ölçerken gerektiği gibi 5 mL'lik hacimsel bir pipet kullanın.
-
Sekiz denemenin tümünü gerçekleştirdikten sonra, cam eşyalarınızı ve aletlerinizi son bir kez durulayın ve reaksiyon atıklarını kabartma tozu ile nötralize edin. Dikkatli olun çünkü kükürt dioksit reaksiyon ürünlerinden biridir.
-
Nötralize edilmiş reaksiyon atığını belirlenen atık kabına aktarın. Ardından, kalan sodyum tiyosülfat çözeltisini etiketli atık kabına dökün ve kabı deiyonize su ile durulayın.
-
Musluk suyuyla kanalizasyona atmadan önce kalan HCl'yi kabartma tozu ile nötralize edin.
-
Son olarak, laboratuvar malzemelerinizi standart uygulamalarınıza göre temizleyip kaldırın ve davlumbazınızda kalan çöpleri atın. Eğitmeniniz reaksiyon atıklarını daha sonra imha edecektir.
-
- Results
-
Şimdi, sodyum tiyosülfat ve HCl'nin reaksiyon sırasını tahmin edin. 1'den 5'e kadar olan denemeler için reaksiyon karışımındaki sodyum tiyosülfatın başlangıç konsantrasyonunu hesaplayın. Sodyum tiyosülfat konsantrasyonuna ve reaksiyon sürelerine baktığımızda, konsantrasyon iki katına çıktıkça opaklık süresinin yarıya indiğini görüyoruz.
Tablo 4: Reaksiyon sırası sodyum tiyosülfatın tahmin edilmesi
Tablo 4'ü indirmek için buraya tıklayınDeneme [Na2S2O3] eklendi Na2S2O3 volume (mL) Toplam hacim (mL) [Na2S2O3] karışımda Zaman (lar) >Ters zaman (s-1) 1, 2 0.1 3 0.2 4 0.15 5 0.05 -
Her denemenin aynı hacmi kullandığını unutmayın, bu nedenle her çözeltiyi opak hale getirmek için aynı miktarda kükürt gerekiyordu. Bu nedenle, sodyum tiyosülfat konsantrasyonu iki katına çıktığında reaksiyon iki kat daha hızlıdır.
-
Konsantrasyon 4 kat arttığında, reaksiyon hızı da 4 kat artar. Bu bire bir ilişki, reaksiyonun sodyum tiyosülfat için birinci dereceden olduğunu göstermektedir. Eğer öyleyse, sodyum tiyosülfat konsantrasyonuna karşı bir oran grafiğinin doğrusal olmasını bekleriz.
-
Çözeltiyi opak hale getirmek için ne kadar kükürt gerektiğini ölçmedik, ancak her deneme için aynı olduğunu varsayıyoruz. Bu, oranın yerine geçecek şekilde opaklık için zamanın tersini kullanmamızı sağlar. Eğim k'ye eşit olmayacak, ancak bu laboratuvar için sorun değil.
-
Sodyum tiyosülfat konsantrasyonunun bir fonksiyonu olarak ters reaksiyon süresini çizin. Bu, kükürt üretimi ile tiyosülfat konsantrasyonu arasındaki doğrusal ilişkiyi doğrular. Bu nedenle, reaksiyon tiyosülfata göre birinci dereceden gibi görünmektedir.
-
HCl'nin reaksiyon sırasını tahmin etmek için aynı yöntemi kullanın. İlk olarak, kıyaslama denemelerinde ve 6 ila 8 arasındaki denemelerde HCl'nin başlangıç konsantrasyonunu hesaplayın.
Tablo 5: Reaksiyon sırası HCl'nin tahmin edilmesi
Tablo 5'i indirmek için buraya tıklayınDeneme [HCl] eklendi HCl hacim (mL) Toplam hacim (mL) [HCl] karışımda Zaman (lar) 1, 2 0.1 3 0.2 4 0.15 5 0.05 -
Ardından, bu denemeler için HCl konsantrasyonuna ve reaksiyon sürelerine bakın. Reaksiyon süreleri hemen hemen aynıdır, bu nedenle HCl konsantrasyonunun reaksiyon hızı üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Bu, HCl'nin bu reaksiyon için sıfırıncı dereceden göründüğü anlamına gelir.
-
Son olarak, genel reaksiyon sırasını elde etmek için reaktanların reaksiyon sıralarını toplayın.
-
View the full transcript and gain access to JoVE Lab Manual videos
Q1: How do you prepare diluted solutions of sodium thiosulfate for the concentration dependence experiment?
Use a volumetric pipette to measure the required volume of 0.2 M sodium thiosulfate stock solution and dispense it into a volumetric flask. Fill the flask with deionized water to the mark, seal with plastic paraffin film, and invert several times to thoroughly mix. This dilution procedure ensures accurate target concentrations ranging from 0.05 M to 0.2 M for each trial.
Q2: Why is measuring the time to solution opacity used to track reaction progress?
The reaction produces solid sulfur that creates visible cloudiness in the initially clear, colorless solution. Since each trial uses the same test tube and total volume, it takes the same amount of sulfur to make the solution completely opaque. By timing when the X mark disappears, you measure how fast sulfur is produced, which directly reflects the reaction rate.
Q3: What does the relationship between sodium thiosulfate concentration and reaction time reveal about reaction order?
When sodium thiosulfate concentration doubles, the time to opacity is halved, indicating the reaction rate doubles proportionally. When concentration increases by a factor of four, the reaction rate also increases by a factor of four. This one-to-one relationship demonstrates that the reaction is first order with respect to sodium thiosulfate.
Q4: How does HCl concentration affect the rate of the sulfur precipitation reaction?
Reaction times remain nearly identical across trials with different HCl concentrations, from 1.5 M to 6.0 M. This lack of variation indicates that HCl concentration has no effect on the reaction rate, meaning the reaction is zeroth order with respect to HCl. The rate depends only on sodium thiosulfate concentration.
Q5: What precautions are necessary when handling the reactants and products in this experiment?
HCl is toxic and highly corrosive, requiring a lab coat, splash-proof safety glasses, and nitrile gloves. Sulfur dioxide, a gaseous product, is also toxic and must be allowed to escape harmlessly by leaving reaction waste in the fume hood overnight. Always work in a fume hood and neutralize waste with baking soda before disposal.
Q6: Why are benchmark trials performed before varying reactant concentrations?
Benchmark trials ensure that reactions occur at consistent room temperature and establish reproducible baseline measurements. Two benchmark trials must be within 3-5 seconds of each other to confirm experimental reliability. This consistency validates that subsequent variations in concentration, not temperature fluctuations, cause observed changes in reaction time.
Q7: How do you calculate the overall reaction order from individual reactant orders?
Add the reaction orders of all reactants to determine the overall reaction order. Since sodium thiosulfate is first order and HCl is zeroth order, the overall reaction order is one. This sum represents the total dependence of the reaction rate on all reactant concentrations combined.