文档介绍:实验目的
1. 根据物质的光学性质研究蔗糖水解反应,测定其反应速度常数。
2. 了解旋光仪的基本原理、掌握使用方法。
基本原理
3. 蔗糖的转化为一级反应
蔗糖在H+催化作用下水解或葡萄糖和果糖,反应方程式为:
CHO + HOCHO + CHO
蔗糖 葡萄糖 果糖
由于在较稀的蔗糖溶液中,水是大量的,反应过程中水的浓度可以认为不变,因此在一定酸度下,反应速度只与蔗糖的浓度有关,而反应速度与反应物浓度的一次方成正比的反应称为一级反应,故蔗糖的转化反应视为一级反应.
(1)反应速度公式和半衰期
—反应速度常数,为单位浓度是的反应速度,-反应速度。
也可以写为
反应时间,为时间 时蔗糖的浓度.
不定积分:
,B积分常数,
当时,
蔗糖的起始浓度,代入上式可得定积分式
当反应进行一半所用的时间称为半衰期,用t1/2表示,则
解得
(2)一级反应有三个特点:
① k的数值与浓度无关,量纲:时间—1,常用单位,等。
② 半衰期与反应物起始浓度无关.
③ 以 对 作图应得一直线,斜率为,截距为。
由此可用作图法求得直线斜率,计算反应速度常数斜率。
蔗糖及其水解产物葡萄糖,果糖都含有不对称碳原子,它们都具有旋光性,即都能使透过他们的偏振光的振动面旋转一定的角度,此角度称为旋光度,以表示。蔗糖,葡萄糖能使偏振光的振动面按顺时针方向旋转,为右旋物质,旋光度为正值。果糖为左旋物质,旋光度为负值,数值较大,,旋光仪的原理方法将专门讲解。
2。1旋光度与比旋光度
溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、液层厚度、光源的波长以及反应时的温度因素有关。
为了比较各种物质的旋光能力,引入比旋光度这一概念,并以下式表示:
(1)
式中: 为实验时的温度;为所用光源的波长;为旋光度;为液层厚度(常以10cm
为单位);为浓度(常用100溶液中溶有克物质来表示),式(1)可写成:
(2)
或
(3)
由(3)式可以看出,当其他条件不变时,旋光度与反应物成正比,即
式中:是与物质的旋光能力、溶液层厚度、溶剂性质、光源的波长、反应时的温度等有关系的常数。
蔗糖是右旋性物质(比旋光度66。6°),产物中葡萄糖也是右旋性物质(°),果糖是左旋性物质(比旋光度-91。9°)。因此当水解反应进行时,右旋角不断减小,当反应终了时体系将经过零变成左旋。
蔗糖水解反应中,反应物与生成物都有旋光性,旋光度与浓度成正比,且溶液的旋光度为各旋光度的和(加和性)。若反应时间为0,t,∞时溶液旋光度各为,,。可推导出:
,
为开始时蔗糖的右旋角;为反应进行到 时的混合物的旋角; 为水解完毕时的左旋角。可用(
)代表蔗糖的总量,()代表时的蔗糖量。
简单的推导证明方法可以如图