Загальні теоретичні відомості. При реакції гідролізу цукру (I) утвориться глюкоза (II) і фруктоза (III):

При реакції гідролізу цукру (I) утвориться глюкоза (II) і фруктоза (III):

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

(I) (II) (III)

Всі три речовини володіють асиметричним атомом вуглецю й оптично - активні. Водяний розчин цукру обертає площину поляризації падаючого світла вправо, розчин продуктів реакції - уліво. Під час проходження реакції праве обертання змінюється лівим, тому її називають інверсією (обертанням). Ця реакція практично необоротна й бімолекулярна. Оскільки інверсія протікає у водному розчині, де молярна концентрація води значно більше молярної концентрації сахарози, то збиток води за рахунок реакції мала в порівнянні із загальною кількістю води в системі, і зміст її навіть у порівняно концентрованих розчинах можна вважати постійним. Оскільки швидкість інверсії залежить тільки від концентрації сахарози, то ця реакція протікає по першому порядку.

Гідроліз цукру в нейтральному водному розчині практично не йде: його прискорюють, додаючи каталізатор - сильну кислоту.

Константу швидкості реакції обчислюють із рівняння (5.5), а для вираження відношення концентрацій у ньому користуються властивістю оптичної активності розчину.

При пропущенні поляризованого світла (тобто світла, у якому коливання проходять у певній площині) крізь розчин оптично активної речовини площина поляризації повертається. Кут обертання площини поляризації (коротко - кут обертання α) пов'язаний з концентрацією С та товщиною шару розчину співвідношенням

═ ± а с l (5.16)

Величина α при С = 1 г/мл і l = 1 дмназивається питомим обертанням. Знаки " +" і " − " відповідають правому й лівому обертанню. У цукру α = + 66, 55º, у глюкози α = + 62, 56º, у фруктози α = − 91, 9˚;.

Кут обертання суміші оптично активних речовин являє собою алгебраїчну суму кутів обертання окремих речовин (властивість адитивності кута обертання суміші).

Кут обертання даного розчину визначають поляриметром, істотними частинами якого (мал. 3.1) є поляризатори 3, 4 і аналізатор 6. Поляризатором і аналізатором служать призми Ніколя, які найкраще пропускають світло, поляризований у площині, перпендикулярної до площини головного перетину

1 2 3 4 5 7 6 8

 

Рис. 3.1

Якщо головні перетини в призмах поляризатора й аналізатора встановлені паралельно, то світло, поляризоване поляризатором, пройде через аналізатор. Якщо головні перетини перпендикулярні /призми схрещені/, то світло загаситься аналізатором. При інших взаємних розташуваннях головних перетинів інтенсивність світла міняється від нуля до максимуму. Поляризатор складається з двох призм Ніколя. Одна з них 3 показує все поле зору, спостережуване через окуляр 8, а друга - його половину. Головний перетин цієї призми встановлено під малим кутом по відношенню до головного перетину великої призми. Призма аналізатора може обертатися навколо оптичної осі приладу. При її обертанні змінюється освітленість поля зору.

При установці головного перетину призми аналізатора перпендикулярно до головного перетину великої призми поляризатора половина поля, що відповідає схрещеним призмам, стає темною, тому що наявність малої призми перешкоджає схрещуванню. Якщо обертати аналізатор до затемнення протилежної сторони поля, то світиться перша половина. Можна домогтися й проміжної однакової освітленості всього поля. Тоді установку вважають нульовою: невеликий поворот аналізатора в ту або іншу сторону утворить у полі зору півтінь (звідси й назва поляриметра цього типу – напівтіньовий).

Якщо після установки нульового положення помістити між поляризатором і аналізатором трубку 5 з розчином оптично активної речовини, повертаючим кут α, то з'явиться півтінь. Щоб повернутися до нульового положення, варто повернути аналізатор на той самий кут α, відлічуваний ноніусом з точністю до 0, 1˚ на шкалі 7, що пересувається при обертанні аналізатора. Джерело світла повинно бути монохроматичним. При користуванні білим світлом використовують світлофільтр 2, звичайна складова частина поляриметра.

Існують інші типи поляриметрів: у них поле зору складається із трьох (застосований поляриметр у даній роботі) або двох концентричних частин. Устрій цих поляриметрів принципово не відрізняється від описаного.

Підготовка до роботи поляриметра

1). Знайти нульове положення аналізатора. Необхідна різкість зображення досягається висуванням окуляра й установкою джерела світла на відповідній висоті й відстані від поляризатора. Відлік по шкалі ведуть за допомогою ноніуса. Якщо при однаковій освітленості поля нуль шкали не збігається з нулем ноніуса, то різниця, тобто відлік по шкалі, у цьому випадку являє собою інструментальне виправлення α _n. Знак виправлення вважають позитивним, якщо нуль ноніуса розташований у позитивному напрямку від нуля шкали. Дійсні кути обертання знаходять відніманням інструментального виправлення (з її знаком) з отриманих значень.

2). Для швидкого заповнення трубки без пухирців повітря, попередньо варто навчитися заповнювати її водою: трубку, тримаючи вертикально, заповнюють так, щоб утворився опуклий меніск, потім обережно збоку насувають покривне скло й нагвинчують притискну гайку. Наповнену трубку обтирають зовні фільтрувальним папером, звернувши особливу увагу на чистоту, сухість і прозорість стінок, що закривають кінці трубки, і поміщають у жолобок поляриметра в крайнє положення, найближче до окуляра.

Питання для підготовки до виконання лабораторної роботи

1. Швидкість хімічної реакції.

2. Порядок та молекулярність рекції.

3. Залежність швидкості реакції і константи швидкості від температури. Енергія активації.

4. Час напівперетворення.

5. Оптично активні речовини.

6. Попяриметр, принцип його роботи.

Мета роботи: дослідження інверсії цукру й обчислення на підставі дослідних значень константи швидкості реакції.