როგორ გავზომოთ რეაქციის სიჩქარე

წინა წერილში ქიმიური რეაქციის სიჩქარის თეორიულ ასპექტებს შევეხეთ. მასში მოცემული ფორმულების საშუალებით შესაძლებელია რეაქციის სიჩქარის გამოთვლა, თუ გვექნება გარკვეული მონაცემები – საწყისი და საბოლოო კონცენტრაცია და დრო. მაგრამ როგორ მოვიპოვოთ ეს მონაცემები ექსპერიმენტულად? ალბათ დამეთანხმებით, რომ ქიმიური რეაქციის სიჩქარის განსაზღვრისთვის ეს მომენტი უფრო მნიშვნელოვანია(ქიმიური თვალსაზრისით), ვიდრე მონაცემების ფორმულაში შეტანა და მხოლოდ მათემატიკური აპარატის გამოყენება, რასაც არაქიმიკოსიც თავისუფლად განახორციელებს.

 

ქიმიური რეაქციის სიჩქარის დადგენა ექსპერიმენტულად ყოველთვის არ არის მარტივი, ვინაიდან ყველა რეაქცია არ მიდის ისეთი თვალნათელი ეფექტებით (ფერის ცვლილება, ნალექისა და აირის გამოყოფა და ა.შ.), რომელთა გაზომვა დინამიკურ რეჟიმში ადვილად მოხერხდება. ქიმიური რეაქციის სიჩქარის გაზომვის მეთოდები შეიძლება ორ ჯგუფად – ქიმიურ და ფიზიკურ მეთოდებად – დავყოთ.

ქიმიური მეთოდების დროს ანათვლის ასაღებად ქიმიური ანალიზის მეთოდები (მაგ., გატიტვრა) გამოიყენება. რეაქციას აუცილებლად ატარებენ მუდმივ ტემპერატურაზე (თერმოსტატირებით), რისთვისაც შეიძლება გამოვიყენოთ წყლის აბაზანა. ერთმანეთს შეურევენ ცნობილი კონცენტრაციის ხსნარებს და ჩართავენ წამმზომს. ანალიზისთვის სინჯს სარეაქციო ნარევიდან პიპეტით იღებენ. ამ დროს, როგორც წესი, რეაქციის მიმდინარეობა წყდება. თუ სინჯის აღების შემდეგ საანალიზო ხსნარშიც შესაძლებელია რეაქციის გაგრძელება, მაშინ რეაქციას ხელოვნურად “ამუხრუჭებენ”, რისთვისაც სინჯში შეაქვთ ისეთი რეაგენტი, რომელიც ერთ-ერთ კომპონენტს შებოჭავს. რეაქციის მიმდინარეობის შეწყვეტა ასევე შესაძლოა მიღწეულ იქნეს ხსნარის სწრაფად გაცივებით ან განზავებით.

მაგალითად შეიძლება განვიხილოთ ესტერის ტუტე ჰიდროლიზი. მდუღარე წყლის აბაზანაში მოვათავსოთ ესტერისა და ცნობილი კონცენტრაციის ტუტის ხსნარი. გარკვეული ხნის შემდეგ (დროის ჩანიშვნით) სარეაქციო ხსნარიდან ამოვიღოთ სინჯი და განვაზავოთ 4-5-ჯერ მეტი ოდენობის ყინულიან წყალში. განზავებითა და გაცივებით რეაქციის სიჩქარე პრაქტიკულად ნულს გაუტოლდება. დარჩენილი ტუტის რაოდენობა განვსაზღვროთ მჟავის სტანდარტული ხსნარით გატიტვრით. ინდიკატორად გამოვიყენოთ ფენოლფტალეინი, რადგან აცეტატიონების გავლენით იგი ფერს არ იცვლის. რეაქციის სიჩქარის გამოსათვლელად რამდენიმე გაზომვის შედეგი დაგვჭირდება, ამიტომ ანალიზი უნდა გავიმეოროთ დრიოს სხვადასხვა მონაკვეთისთვის.

ფიზიკური მეთოდებით რეაქციის სიჩქარის განსაზღვრა ექსპერიმენტულად უფრო მარტივი ჩასატარებელია, თუმცა განსაზღვრული, სპეციფიკური აპარატურისა და მოწყობილობების გამოყენებაა საჭირო, მაგალითად, კოლორიმეტრისა, პოლარიმეტრისა, რეფრაქტომეტრისა, მანომეტრისა.

ცხადია, სკოლაში ზემომოყვანილი ექსპერიმენტების ჩატარება შესაბამისი აპარატურის (პოლარიმეტრი, კოლორიმეტრი და სხვა) უქონლობის გამო საკმაოდ ძნელია, არც გაკვეთილის ფორმატია (ესტერის ჰიდროლიზმა შესაძლოა ერთ საათზე მეტხანს გასტანოს) მთლად ხელსაყრელი, მაგრამ ერთი გაკვეთილის პირობებში რეაქციის სიჩქარის გაზომვა მაინც შესაძლებელია. ამისთვის დაგვჭირდება 0,01 გრამი სიზუსტის ელექტროსასწორი, ქიმიური ჭიქა, მარილმჟავა, კირქვა და წამმზომი. ამ უკანასკნელის სპეციალურად ქონა არ არის საჭირო, რადგან ბევრ მობილურ ტელეფონს აპლიკაციებში აქვს ელექტრონული წამმზომიც.

მოათავსეთ ქიმიური ჭიქა სასწორზე, ჩაასხით განსაზღვრული კონცენტრაციის მარილმჟავა და ჩააგდეთ კირქვის ნატეხი. სწრაფად ჩართეთ წამმზომი და აითვალეთ სასწორის ჩვენება. დაიწყება აირის გამოყოფა. გარკვეული ხნის შემდეგ სასწორის ჩვენება შემცირდება გამოყოფილი ნახშირორჟანგის გამო. დროის სხვადასხვა ინტერვალში აიღეთ სასწორის ჩვენება… მივიღებთ ცხრილს დროისა და მასის კლების დამოკიდებულებით, რომლიდანაც მარტივი არითმეტიკული გარდაქმნებით შეიძლება გამოვთვალოთ რეაქციის სიჩქარე.

ზემომოყვანილი ექსპერიმენტით ასევე შესაძლებელია რეაქციის სიჩქარეზე ტემპერატურის, კონცენტრაციისა და სარეაქციო ზედაპირის ცვლილების გავლენის შესწავლა. ამისთვის საკმარისია შეიცვალოს ტემპერატურა, კონცენტრაცია ან კირქვის ნატეხების ზომა. ექსპერიმენტი კი იმავე მეთოდით ჩატარდება.

კომენტარები

comments