Методика эксперимента

Тростниковый сахар в водном растворе испытывает превращение, называемое инверсией сахара. Взаимодействуя с водой, он распадается на глюкозу и фруктозу по уравнению:

. (27)

При наличии избытка воды эта реакция протекает как реакция первого порядка, поэтому константа скорости реакции выражается уравнением . Для реакций первого порядка концентрации C₁ и C₂ могут быть выражены любыми пропорциональными им величинами. В данной работе отношение концентраций выражается через изменение угла вращения плоскости поляризации света, проходящего через раствор.

Тростниковый сахар и глюкоза вращают плоскость поляризации вправо, а фруктоза – влево. Так как фруктоза даёт более интенсивное вращение влево, чем глюкоза – вправо, то по мере развития реакции угол вращения вправо больше, чем это соответствует убыли концентрации сахара, проходит через ноль и к концу реакции становится отрицательным. Угол вращения плоскости поляризации раствором сахара определяется с помощью поляриметра. Основными частями прибора являются поляризаторы 3 и 4 и анализатор 6. Поляризаторы и анализатор состоят из призм Николя, первый из двух или трёх, второй двух, шкалы и окуляра.

Рис. 9.1. Схема поляриметра: 1-источник света, 2 светофильтр, 3, 4 – поляризаторы, 5 –трубка с раствором, 6 – анализатор, 7 – шкала, 8 - окуляр

Опыт начинают с определения “нулевого отсчёта”. Для этого поляриметрическую трубку наполняют дистиллированной водой, помещают её в поляриметр и, медленно поворачивая лимб, добиваются равномерного затемнения всего поля зрения. Делают отсчёт угла вращения с помощью нониуса. Если первый штрих нониуса оказался смещённым относительно нулевого штриха лимба по часовой стрелке, то поправку считают положительной. После этого воду из трубки выливают и покровные стёкла протирают мягкой тканью или фильтровальной бумагой. Взвешивают на технических весах 10 г сахара и растворяют его в 50 мл мерной колбе. Если раствор получится мутным, его фильтруют. В чистую и сухую колбу наливают пипеткой 25 мл отфильтрованного раствора и 25 мл 1.0 н раствора соляной кислоты (ионы водорода являются катализатором). В момент смешения растворов пускают секундомер. Этот момент считают началом реакции инверсии. Закрывают один конец трубки покровным стеклом, прижимают его кольцом с нарезкой, трубку споласкивают небольшим количеством реакционной смеси и устанавливают её в поляриметр. Через 10 мин после начала реакции делают первый отсчёт угла вращения плоскости поляризации, затем отсчёты повторяют через 20, 40, 80 и 120 мин после начала реакции.

Закончив измерения, переливают раствор из трубки в колбу и оставляют его на 2…3 дня, либо нагревают до 60°С и охлаждают до комнатной температуры. После этого делают последнее измерение угла a_¥ , соответствующий практически полному окончанию реакции. Константу скорости вычисляют по уравнению:

, (28)

где a₁, a₂ и a_¥ – углы, измеренные к моментам t₁ и t₂ и по окончании реакции.

Результаты наблюдений и расчётов представляют по форме таблицы 2 и графика ln(a_i –a_¥ ) = f(t).

Таблица 2

Угол вращения плоскости поляризации при инверсии тростникового

сахара и кинетические параметры данного процесса