Ćwiczenie 7. Wyznaczanie stałej szybkości oraz parametrów Arrheniusa dla reakcji hydrolizy kwasu acetylosalicylowego

Transkrypt

1 Ćwiczenie 7 Wyznaczanie sałej szybkści raz paramerów Arrheniusa dla reakcji hydrlizy kwasu aceylsalicylweg Celem ćwiczenia jes wyznaczenie czasu 0,1 dla hydrlizy kwasu aceylsalicylweg w emperaurze 20 C w bufrze ph 5,0 z wykrzysaniem esu przyspieszneg sarzenia. Wymagane zagadnienia: szybkść reakcji, cząseczkwść i rząd reakcji, reakcje zerweg, pierwszeg i drugieg rzędu, reakcja pseudpierwszeg rzędu, wpływ emperaury na szybkść reakcji, równanie Arrheniusa, es przyspieszneg sarzenia. Wsęp Pdsawwe pjęcia kineyki chemicznej. Kineyka reakcji pseudpierwszeg rzędu Zasswanie kineyki chemicznej w naukach farmaceuycznych wiąże się głównie z ceną rwałści leków w preparaach farmaceuycznych, pcząwszy d ich prdukcji, pprzez kres przechwywania w apece lub warunkach dmwych, aż d mmenu pdania pacjenwi. Szczegóym przypadkiem eg ypu badań jes kreślanie rwałści rzwrów subsancji leczniczych przygwywanych ex empre, zn. przez rzpuszczenie sałej psaci leku bezpśredni przed pdaniem g pacjenwi, c jes isne zwłaszcza w dniesieniu d leków pdawanych drgą długrwałych wlewów, np. imipenemu anybiyku z grupy karbapenemów. Pdsawwym pjęciem kineyki chemicznej jes szybkść reakcji chemicznej (chwilwa i średnia). Jeśli reakcja chemiczna plega na przemianie jednej cząseczki subsrau d jednej cząseczki prduku (A B) szybkść chwilwą raz średnią wyrażają wzry: dc ν ± (szybkść chwilwa) (1); d c ν ± (szybkść średnia) (2) przy czym znak minus dyczy analizy zmian sężenia subsrau, a plus zmian sężenia prduku. Jednską szybkści reakcji jes (jednska sężenia)/(jednska czasu), np. (ml/l)/s. Szybkść średnią reakcji mżna bezpśredni bliczyć ze wzru (2), namias bliczenie szybkści chwilwej jes bardziej skmplikwane wymaga bwiem znajmści równania na sężenie reagena jak funkcji czasu i bliczenia warści pchdnej dc/d dla knkreneg czasu. Znacznie prssze jes wyznaczenie szybkści chwilwej medą graficzną, w kórej wykrzysuje się wykres zmian sężenia reagena (subsrau lub prduku) w czasie. Szybkść chwilwa jes równa ujemnej (w przypadku subsrau) lub ddaniej (w przypadku prduku) warści angensa kąa zawareg między ddanim kierunkiem si czasu a syczną d wykresu c f() w punkcie dpwiadającym kreśemu czaswi, w kórym chce się bliczyć szybkść reakcji. W analgiczny spsób wyznacza się szybkść średnią, z ym wyjąkiem, że zamias sycznej wykreśla się sieczną, kóra przecina wykres c f() w dwóch punkach czaswych, między kórymi chce się kreślić szybkść średnią (parz Ryc. 1). 1

2 ν (5 min) gα g(180 α) 80/12,2 6,56 [ml l 1 min 1 ] ν (15 min) gβ g(180 β) 32/22,2 1,44 [ml l 1 min 1 ] ν śr gγ g(180 γ) 65/17,8 3,65 [ml l 1 min 1 ] c [ml/l] α 180 α 180 γ 180 β γ β [min] Ryc. 1. Przykład wyznaczania szybkści chwilwej reakcji (w 5 i 15 min) raz szybkści średniej (między 5 i 15 min) medą graficzną na pdsawie wykresu zmian sężenia subsrau. Warść angensa kąa sreg w rójkącie prskąnym uwrznym przez bie sie wykresu i syczną ( ) lub sieczną (-----) wyznacza się rygnmerycznie. Warść szybkści średniej mżna eż bliczyć ze wzru ν śr c/ (c 1 c 2 )/( 2 1 ). Na mechanizm reakcji chemicznej składa się jedna (rzadk) lub większa liczba reakcji (aków) elemenarnych, w kórych dchdzi d zderzeń indywiduów chemicznych (amów, cząseczek, jnów lub rdników). Liczbę indywiduów chemicznych zderzających się ze sbą w pjedynczym akcie elemenarnym kreśla się mianem cząseczkwści reakcji. Osiąga na warść 1 lub 2, rzadziej 3, gdyż prawdpdbieńsw zderzenia się jedncześnie większej liczby cząseczek jes prakycznie równe zeru. Należy pdkreślić, że w przypadku reakcji wieleapwej, na kórej mechanizm składa się wiele reakcji elemenarnych, pjęcie cząseczkwści ma sens ylk w dniesieniu d każdeg pjedynczeg aku elemenarneg. Cząseczkwść nie mże być więc użsamiana z liczbą cząseczek wysępujących w równaniu sechimerycznym, gdyż jes n ylk sumarycznym zapisem reakcji nie ddającym wcale jej mechanizmu. Przykładw reakcja synezy chlrwdru, przebiegająca według równania sechimeryczneg: H 2 + Cl 2 2HCl nie jes reakcją dwucząseczkwą, gdyż pszczegóe jej aky elemenarne są nasępujące: 1) Cl 2 + hν Cl + Cl 2) H 2 2H 3) H + Cl 2 HCl + Cl 4) Cl + H 2 HCl + H (id.) Pierwsze dwa eapy reakcji (aky elemenarne) są jedncząseczkwe, namias rzeci i czwary dwucząseczkwe. Dla knrasu, reakcja synezy jdwdru, pisana równaniem sechimerycznym analgicznym d synezy chlrwdru, j.: H 2 + I 2 2HI jes reakcją dwucząseczkwą, na kórej mechanizm składa się ylk jeden ak elemenarny. 2

3 Dla każdej reakcji chemicznej, niezależnie d jej złżnści, mżna dświadczaie wyznaczyć w danych warunkach ciśnienia i emperaury równanie kineyczne góej psaci: ν k f(sężenie subsraów, prduków, kaalizarów) (3) gdzie k znacza sałą szybkści reakcji, zależną d emperaury (dla układów skndenswanych wpływ ciśnienia jes znikmy). W przeciwieńswie d szybkści reakcji, wymiar sałej szybkści reakcji zależy d rzędu reakcji (n) i wyraża się wzrem: (jednska sężenia) 1 n /(jednska czasu) Na przykład sała szybkści reakcji pierwszeg rzędu ma wymiar s 1. Szybkść większści reakcji chemicznych zależy ylk d sężeń subsraów. Wówczas szybkść reakcji przebiegających zgdnie z góym równaniem: aa + bb +... cc + dd +... (4) będzie pisana nasępującym równaniem kineycznym: n n ν k A 1 B (5) [ ] [ ] 2 Współczynniki n 1 i n 2 kreślają, w jaki spsób sężenia subsraów wpływają na szybkść reakcji. Jedncześnie sanwią ne rząd reakcji w dniesieniu d daneg subsrau. Zaem, zgdnie z równaniem kineycznym (5), reakcja (4) jes reakcją n 1 -eg rzędu względem subsrau A i n 2 -eg rzędu względem subsrau B. Suma wszyskich wykładników sężeń subsraów wysępujących w równaniu kineycznym (w ym przypadku n 1 + n 2 ) sanwi góy rząd reakcji. Należy u zaznaczyć, że rząd reakcji mże być wyznaczny ylk w spsób dświadczay i jeg kreślenie nie jes mżliwe na pdsawie sumaryczneg równania reakcji chemicznej. Jedyny wyjąek sanwi reakcja elemenarna, pnieważ wówczas równanie reakcji dkładnie dzwierciedla jej mechanizm i rząd akiej reakcji jes równy jej cząseczkwści. C ciekawe, reakcje złżnym mechanizmie mgą charakeryzwać się ułamkwymi rzędami, np. 1/2, 3/2, lub ich rząd w dniesieniu d niekórych subsraów mże być niemżliwy d kreślenia. Częs jednak góy rząd reakcji (n), nawe ych składających się z wielu aków elemenarnych, przyjmuje warść małych liczb całkwiych, j. 0, 1, 2, (mówi się, że reakcja jes dpwiedni zerweg, pierwszeg lub drugieg rzędu). Przykładem jes wspmniana syneza chlrwdru, kóra, mim że składa się z wielu eapów, przebiega jak prces drugieg rzędu. Wynika z faku, iż szybkści całej reakcji decyduje zazwyczaj jeden najwiejszy jej eap, zwany eapem limiującym. Ddakw, rząd reakcji mże zmieniać się w zależnści d pcząkwych sężeń reagenów. Na przykład, zgdnie z równaniem (5), reakcja (4) jes n-eg rzędu pd warunkiem, że sężenia bu subsraów A i B nie różnią się znacząc. Jeśli namias jeden ze subsraów, na przykład B, wysępuje w akim nadmiarze, że jeg sężenie prakycznie nie zmienia się w wyniku przebiegu reakcji ([B] cns), będzie na reakcją n 1 -eg rzędu, a właściwie pseud-n 1 -eg rzędu: n [ ] [ ] [ ] 1 n B cns ν k A cns 2 A n1 (6) n 2 gdzie k jes sałą szybkści pseud-n 1 -eg rzędu, równą k cns. Częs dwucząseczkwe reakcje hydrlizy leków są reakcjami pseudpierwszeg rzędu ze względu na duży nadmiar wdy raz, w przypadku hydrlizy kwaswej lub zasadwej, becnść bufrów urzymujących sałe sężenie jnów dpwiedni H 3 O + lub OH. Wyprwadzenie równania na sężenie subsrau w dwucząseczkwej reakcji pseudpierwszeg rzędu przebiega idenycznie jak dla reakcji pierwszeg rzędu: A + H 2 O prduky 3

4 d ν d d A d [ ] d d d d [ ] A 0 ( ) ( 0) gdzie k jes sałą szybkści pseudpierwszeg rzędu wyrażną w s 1, namias [A] znacza pcząkwe sężenie subsrau w czasie 0. Wykresem [A] jak funkcji czasu jes linia prsa współczynniku kierunkwym a k i współczynniku przesunięcia b [A] (Ryc. 2). Aby wyznaczyć sałą szybkści reakcji pseudpierwszeg rzędu należy znaczyć sężenia subsrau w różnym czasie d mmenu rzpczęcia reakcji, nasępnie medą najmniejszych kwadraów bliczyć współczynnik kierunkwy (a) prsej przedsawiającej zależnść lgarymu nauraeg sężenia subsrau d czasu, i zmienić znak warści eg współczynnika na ddani (k a). Liniwą psać równania (7) mżna przekszałcić d psaci wykładniczej, krzysając z własnści lgarymów: e e e e (8) (7) [A] b [A] a gα Ryc. 2. Wykres lgarymu sężenia subsrau jak funkcji czasu w reakcji pseudpierwszeg rzędu. [A] α Wykresem funkcji [A] f() jes krzywa wykładnicza, sykająca się z sią Y w punkcie [A] (Ryc. 3). Dla reakcji pseudpierwszeg rzędu czas płwicznej przemiany, czyli czas, p kórym 50% ilści subsrau ulega przekszałceniu d prduku, wyznacza się z równania (7), pdsawiając [A] 0,5 [A] : [A] Ryc. 3. Wykres sężenia subsrau jak funkcji czasu w reakcji pseudpierwszeg rzędu. Sężenie subsrau maleje wykładnicz w czasie. 0,5 0,5 0,5 0,693 2 (9) 4

5 W badaniach rwałści chemicznej leków większe znaczenie niż 0,5 ma jednak czas rzkładu 10% subsancji czynnej ( 0,1 ). Jeśli rzkład en zachdzi zgdnie z kineyką pseudpierwszeg rzędu, paramer 0.1 wyznacza się z równania (7), pdsawiając [A] 0,9 [A] : 0,1 0,1 0,9 0, (10) Prakyczne znaczenie czasu 0,1 w farmacji plega na ym, że sanwi n kryerium ceny czasu przydanści leku d użycia. Zgdnie z góą regułą, akcepwaą sabiść chemiczną prduku leczniczeg wyznacza aki czas jeg przechwywania w warunkach kreśych przez prducena (emperaura, wilgnść, dsęp d świała), w kórym rzkładwi ulegnie mniej niż 10% subsancji akywnej. Na przykład, jeśli lek w psaci ableki ma być przechwywany na półce, należy kreślić czas 0,1 dla rzkładu subsancji akywnej w psaci sałej w emperaurze pkjwej charakerysycznej dla danej srefy klimaycznej (np. w Plsce 20 C). Farmaceua musi jednak mieć świadmść, że czas rzkładu 10% subsancji akywnej nie jes wysarczającym kryerium ceny chemicznej rwałści wszyskich leków. Bardziej zasrzne wymagania dyczą m.in. leków charakeryzujących się bardz dużą siłą działania, dużą ksycznścią, małym indeksem erapeuycznym raz leków rzkładających się d prduków ksycznych. Ddakw, prócz sabiści chemicznej, prduk leczniczy przechwywany przez czas kreśy przez prducena musi zachwać również sabiść fizyczną i mikrbilgiczną. Równanie Arrheniusa Szybkść wszyskich reakcji chemicznych rśnie ze wzrsem emperaury. Maemaycznym dzwierciedleniem eg faku jes wzrs sałej szybkści reakcji w góym równaniu kineycznym (3) na szybkść reakcji. Ilściwą zależnść między sałą szybkści reakcji dweg rzędu a emperaurą bezwzględną, wyrażną w K, pisuje równanie Arrheniusa. Zsał n wyprwadzne przez szwedzkieg uczneg na pdsawie załżenia, że wpływ emperaury (T) na sałą szybkści reakcji (k) przypmina wpływ emperaury na sałą równwagi rekcji, pisany równaniem izbary van Hffa: d k E a d K H r (równanie izbary van Hffa: ) 2 2 dt RT dt RT E a d k dt 2 RT E a dt d k R 2 T E a 1 k + cns R T przyjmując, że sała całkwania cns równa jes A, uzyskuje się liniwą psać równania Arrheniusa: E 1 k A a (11) R T gdzie: A współczynnik częsliwści, zwany również czynnikiem przedwykładniczym (jednska zawsze aka jak sała k, j. ml l 1 s 1 dla reakcji zerweg rzędu, s 1 dla reakcji 5

6 pierwszeg rzędu, l ml 1 s 1 dla reakcji drugieg rzędu. Jak wskazuje sama nazwa, współczynnik częsliwści A jes miarą liczby zderzeń, w kórych rienacja przesrzenna cząseczek jes dpwiednia dla zainicjwania reakcji chemicznej. Warść eg współczynnika dla reakcji jedncząseczkwych wynsi zazwyczaj d d s 1, namias dla reakcji dwucząseczkwych d 10 8 d l ml 1 s 1. E a energia akywacji [J/ml], czyli minimaa warść energii kineycznej, jaką muszą psiadać zderzające się ze sbą cząseczki, aby weszły w san akywny, zwany sanem przejściwym, w kórym są ne zde d uwrzenia prduku reakcji. Im większa warść energii akywacji, czyli bariery energeycznej, kórą muszą pknać subsray, aby wejść w san przejściwy, ym mniejsza warść sałej szybkści k. Jedncześnie, im większa energia akywacji, ym większy jes wzrs sałej k ze wzrsem emperaury, a ym samym większy wpływ emperaury na szybkść danej reakcji chemicznej. Energie akywacji reakcji dwucząseczkwych są z reguły mniejsze niż reakcji jedncząseczkwych. Warści E a reakcji hydrlizy większści leków mieszczą się w zakresie kj/ml. Współczynnik częsliwści A i energia akywacji E a nazywane są paramerami Arrheniusa. W dpwiedni wąskim zakresie emperaury warści bu ych paramerów mżna uważać za sałe. Wykresem liniwej psaci równania Arrheniusa jes linia prsa współczynniku b A kierunkwym a E a /R i współczynniku przesunięcia b A. Aby bliczyć a gα E a /R paramery ej prsej medą α najmniejszych kwadraów należy wyznaczyć sałe szybkści danej reakcji w kilku 1/T [1/K] różnych emperaurach. Liniwą psać równania Arrheniusa mżna przekszałcić Ryc. 4. Wykres liniwej psaci równania Arrheniusa. d psaci wykładniczej: Ea k A R k e A k Ae e Ea 1 R T Ea 1 R T 1 T k e Ea 1 A R T (12) k Tes przyspieszneg sarzenia Szybkść rzkładu subsancji akywnych w większści prduków leczniczych przechwywanych zgdnie z zaleceniami prducena jes niewielka. Znajduje dzwierciedlenie w długści kresów ważnści leków, kóre są rzędu 2 5 la. Tyle czasu rwałby więc wyznaczenie czasu 0,1 dla rzkładu leku w warunkach, w jakich jes n przechwywany p wprwadzeniu d lecznicwa. Z ej przyczyny, w badaniach rwałści leków ssuje się bardziej drasyczne warunki (np. wyższą emperaurę, większą wilgnść, 6

7 szuczne narażenie na prmieniwanie dużym naężeniu), w kórych reakcje rzkładu zachdzą znacznie szybciej. Nasępnie uzyskane wyniki sałych szybkści reakcji eksrapluje się d zwykłych warunków. Psępwanie eg ypu kreśla się mianem esu przyspieszneg sarzenia. Najpwszechniejsza dmiana eg esu plega na zbadaniu rzkładu subsancji akywnej w dpwiedni wyskich emperaurach, nasępnie wykrzysaniu równania Arrheniusa d wyznaczenia sałej szybkści rzkładu leku w ineresującej prducena niższej emperaurze i bliczeniu na jej pdsawie czasu 0,1. Dla przykładu, es przyspieszneg sarzenia leku w psaci rzwru wdneg przechwywaneg w emperaurze pkjwej, kóreg subsancja akywna ulega hydrlizie zgdnie z kineyką pseudpierwszeg rzędu, bejmuje nasępujące eapy: przeprwadzenie reakcji hydrlizy leku w kilku wyższych emperaurach (zazwyczaj C) przy zachwaniu sałści innych paramerów, akich jak pcząkwe sężenie subsancji czynnej, ph, siła jnwa, naężenie świała znaczenie sężenia subsancji akywnej (ewenuaie prduku jej rzkładu) w zebranych próbkach rzwru za pmcą dpwiedniej medy analiycznej wyznaczenie równania prsej [A] f() dla rzkładu subsancji w każdej zbadanej emperaurze i bliczenie sałych szybkści pseudpierwszeg rzędu na pdsawie współczynnika kierunkweg uzyskanych prsych (k a) wyznaczenie równania Arrheniusa w psaci liniwej k f(1/t) na pdsawie sałych szybkści wyznacznych w kilku wyższych emperaurach bliczenie sałej szybkści rzkładu leku w emperaurze pkjwej (20 C) przez pdsawienie d wyznaczneg wcześniej równania Arrheniusa za 1/T 1/( ) bliczenie czasu 0,1 dla rzkładu subsancji akywnej w emperaurze 20 C ze wzru: 0,1 293 K 0,1054/k 293 K. Piśmiennicw: 1. Hermann T.W. (Red.): Chemia fizyczna. Wydawnicw Lekarskie PZWL, Warszawa Mlski A.: Wprwadzenie d kineyki chemicznej. Wydawnicwa Naukw-Techniczne, Warszawa Akins P., de Paula J.: Elemens f Physical Chemisry, 5 h Ed., Oxfrd Universiy Press Inc., Oxfrd Pandi N.K.: Inrducin he Pharmaceuical Sciences. Lippinc Williams & Wilkins, Philadelphia Amiji M.M., Sandman B.J. (Eds): Applied Physical Pharmacy. The McGraw-Hill Cmpanies, Inc., New Yrk, Rainsfrd K.D. (Ed.): Aspirin and relaed drugs. Taylr & Francis Inc., New Yrk,

8 Część prakyczna W rzwrach wdnych kwas aceylsalicylwy (ASA) ulega nieenzymaycznej hydrlizie d kwasu salicylweg (SA) i kwasu cweg, zgdnie z kineyką reakcji pseudpierwszeg rzędu: ASA SA Szybkść rzkładu ASA zmienia się znacząc w zależnści d ph rzwru. Jedną z ppularnych psaci ASA, sswaną jak lek OTC (ang. ver he cuner, lek dsępny bez recepy), są ableki musujące zawierające ddakw wiaminę C (Aspirin C, Plpiryna C ). P ich rzpuszczeniu w wdzie pwsaje rzwór ph kł 5 (rzwór czyseg ASA miałby ph kł 3). Pdczas ćwiczenia zsanie wyznaczny czas 0,1 dla hydrlizy ASA w rzwrze wdnym ph 5 w emperaurze 20 C, z zasswaniem esu przyspieszneg sarzenia. Uzyskany wynik pzwli kreślić, przez jaki czas rzwór leku pwsały p rzpuszczeniu ableki musującej mże być pzsawiny w emperaurze pkjwej, aby spień rzkładu ASA nie przekrczył akcepwaneg pzimu 10%. W rakcie dświadczenia zmiany sężenia ASA w rzwrze będą wyznaczne w spsób pśredni, przez pmiar przyrsu sężenia SA, prduku hydrlizy. Wynika z faku, że selekywne znaczenie ASA w becnści SA nie jes mżliwe przy zasswaniu prsej medy spekrfmerycznej, pnieważ przy każdej długści fali widm UV ASA pkrywa się z widmem SA (Ryc. 5). Jednakże przy λ > 290 nm mżliwe jes dpwiedni selekywne znaczenie SA w becnści ASA. Aparaura i maeriały: łaźnia wdna z ermsaem, spekrfmer, kuwea kwarcwa, 1 klba miarwa pj. 50 ml z krkiem, 7 pipe pj. 5 ml, cylinder miarwy pj. 100 ml, zesaw pipe z pdziałką pj. 100 µl, 1 ml i 5 ml, 6 klb miarwych pj. 25 ml, 7 prbówek szklanych, zlewka pj. 250 ml, zlewka pj. 1 l, bagieka, 0,2 ml/l rzwór ASA w meanlu, 0,1 ml/l can sdu, 0,1 ml/l kwas cwy, 2 mml/l SA w bufrze canwym ph 5 i sile jnwej 0,1 ml/l. Wyknanie COOH O C O CH 3 COOH 1. Włączyć ermsa łaźni wdnej i usawić g na emperaurę 80 C. OH + H 2 O + HO C O CH 3 Ryc. 5. Widma UV rzwrów ASA i SA sężeniu 100 µml/l w bufrze canwym ph 5 i sile jnwej 0,1 ml/l. 8

9 2. Przygwać bufr canwy ph 5 (w emp. 80 C) i sile jnwej 0,1 ml/l. W ym celu d zlewki pjemnści 250 ml dmierzyć 168 ml rzwru canu sdu sężeniu 0,1 ml/l, 32 ml rzwru kwasu cweg sężeniu 0,1 m/l i 790 µl rzwru NaCl sężeniu 4 ml/l. Rzwór wymieszać bagieką. 3. W klbach miarwych pjemnści 25 ml przygwać rzwry wzrcwe kwasu salicylweg (SA) sężeniu 10, 20, 50, 100, 200 i 300 µml/l w bufrze canwym ph 5 i sile jnwej 0,1 ml/l, krzysając z rzwru pdsawweg sężeniu 2 mml/l. Przed przysąpieniem d wyknywania rzcieńczeń, sknsulwać bliczenia z asysenem prwadzącym ćwiczenie. 4. Zmierzyć absrbancję rzwrów wzrcwych kwasu salicylweg (A SA ) w kuwecie kwarcwej (l 1 cm) przy długści fali λ 310 nm, ssując jak próbę ślepą bufr canwy przygwany w punkcie 2. D bliczeń pisanych w dalszych punkach wykrzysać gwy szab przygwany w prgramie Micrsf Excel. 5. W prgramie Micrsf Excel (Arkusz 1) sprządzić krzywą wzrcwą zależnści absrbancji SA d jeg sężenia w rzwrach wzrcwych w psaci A SA a c SA. Na pdsawie współczynnika kierunkweg krzywej wzrcwej a, bliczyć mlwy współczynnik absrpcji ε kwasu salicylweg: ε [l ml 1 cm 1 ] a D klby miarwej pjemnści 50 ml dmierzyć 49,9 ml bufru canweg przygwaneg w punkcie 2. Zamknięą klbę umieścić w łaźni wdnej emperaurze 80 C. P siągnięciu przez rzwór żądanej emperaury, ddać 100 µl meanlweg rzwru kwasu aceylsalicylweg (ASA) sężeniu 0,2 ml/l. Szybk wymieszać zawarść klby, umieścić ją z pwrem w łaźni wdnej i naychmias włączyć sper. Pcząkwe sężenie ASA w rzwrze wynsi 400 µml/l. 7. Próbki mieszaniny bjęści kł 3 ml pbierać za pmcą pipey pjemnści 5 ml w nasępujących punkach czaswych: 1, 5, 10, 15, 20, 25 i 30 min. Pbrany rzwór przensić d prbówki umieszcznej w zlewce wypełninej zimną wdą. P chłdzeniu zawarści prbówki (1 min) zmierzyć absrbancję rzwru w kuwecie kwarcwej (l 1 cm) przy λ 310 nm. 8. W prgramie Micrsf Excel (Arkusz 2) bliczyć: a. sężenie SA (µml/l) w pszczegóych czasach rwania hydrlizy ASA w bufrze canwym ph 5 w emperaurze 80 C (wykrzysać równanie krzywej wzrcwej przygwanej w punkcie 5) b. sężenie ASA (µml/l) w pszczegóych czasach rwania jeg hydrlizy: c ASA c ASA c SA, gdzie c ASA znacza pcząkwe sężenie ASA w rzwrze, równe 400 µml/l. 9. Na papierze półlgarymicznym przedsawić zmiany lgarymu sężenia ASA w zależnści d czasu rwania jeg hydrlizy. W prgramie Micrsf Excel (Arkusz 2) sprządzić wykres c ASA f() i wyznaczyć równanie prsej raz warść współczynnika krelacji. Na pdsawie współczynnika kierunkweg a prsej c ASA f() pdać warść sałej szybkści pseudpierwszeg rzędu (k a) dla hydrlizy ASA w bufrze canwym ph 5 w emperaurze 80 C, zaś na pdsawie współczynnika przesunięcia b bliczyć ereyczną warść sężenia ASA w czasie 0 (c ASA e b ). W parciu wyznaczne warści k i c ASA pdać równanie wykładnicze pisujące zmiany sężenia ASA (c ASA c ASA e k ). 9

10 10. Na papierze milimerwym raz w prgramie Micrsf Excel (Arkusz 3) sprządzić wykres zmian sężenia ASA w zależnści d czasu rwania jeg hydrlizy. Dla każdeg punku czasweg bliczyć ereyczne sężenie ASA wynikające z równania c ASA c ASA e k i wyznaczyć na wykresie przebieg ereycznej krzywej zmian sężenia ASA. Medą graficzną wyznaczyć szybkść chwilwą hydrlizy ASA w 5 i 25 min raz szybkść średnią w przedziale 5 25 min. Zgdnie z wyżej pisaną prcedurą zsały wyznaczne sałe szybkści pseudpierwszeg rzędu dla hydrlizy ASA w bufrze canwym ph 5 i sile jnwej 0,1 ml/l w emperaurze 50, 60 i 70 C. Wyniki przedsawin w abeli: Temperaura [ C] Czas zbiórki próbek [h] Spień rzkładu ASA [%] Sała szybkści k [h 1 ] , , , Wyznaczna samdzieie sała szybkści k rzkładu ASA w emperaurze 80 C raz sałe dla pzsałych emperaur, zebrane w pwyższej abeli, zsaną w prgramie Micrsf Excel (Arkusz 4) aumaycznie wyrażne w s 1. W parciu uzyskane warści sałych k, sprządzić wykres zależnści k f(1/t) na papierze półlgarymicznym. 12. Samdzieie wyznaczyć równanie Arrheniusa w psaci k f(1/t) dla hydrlizy ASA w bufrze canwym ph 5. Pdać współczynnik kierunkwy (a), współczynnik przesunięcia (b) raz współczynnik krelacji (r). Wprwadzić wyliczne warści d szabu Micrsf Excel (Arkusz 4), kóry aumaycznie weryfikuje ich pprawnść raz ddakw blicza błąd sandardwy współczynnika kierunkweg (S a ). Z warści współczynnika a bliczyć energię akywacji (a E a /R E a ar) w J/ml i kj/ml, namias z warści S a bliczyć błąd bezwzględny wyznacznej energii akywacji ( E a S a R). Prównać wyznaczną energię akywacji dla hydrlizy ASA w bufrze ph 5 z ypwym zakresem warści E a dla slwliyczneg rzkładu leków. Krzysając ze współczynnika b, bliczyć warść współczynnika częsliwści w s 1 (b A A e b ). 13. Na pdsawie usaeg równania Arrheniusa bliczyć sałą szybkści pseudpierwszeg rzędu dla hydrlizy ASA w bufrze canwym ph 5 i sile jnwej 0,1 ml/l w emperaurze pkjwej (20 C). 14. Obliczyć czas rzkładu 10% ASA w bufrze canwym ph 5 i sile jnwej 0,1 ml/l w 20 C. Wynik pdać w gdzinach. Jakie znaczenie prakyczne ma uzyskana warść 0,1? 10

11 PROTOKÓŁ Imię i nazwisk:... Daa:... Ćwiczenie 7 Wyznaczanie sałej szybkści raz paramerów Arrheniusa dla reakcji hydrlizy kwasu aceylsalicylweg Cel ćwiczenia: Wyniki 1. Krzywa wzrcwa SA Nr Sężenie SA [µml/l] Absrbancja (λ 310 nm) Paramery krzywej wzrcwej SA Współczynnik kierunkwy (a)... Współczynnik krelacji (r)... Osaeczna psać równania krzywej wzrcwej:... Mlwy współczynnik absrpcji SA: ε Analiza SA i ASA w bufrze canwym ph 5 w emperaurze 80 C Czas Absrbancja SA Sężenie SA Nr [min] (λ 310 nm) [µml/l] Sężenie ASA [µml/l] 11

12 3. Paramery prsej c ASA f() Współczynnik kierunkwy (a) Współczynnik przesunięcia (b) Współczynnik krelacji (r) Osaeczna psać równania prsej Wyznaczna warść sałej szybkści pseudpierwszeg rzędu dla hydrlizy ASA w bufrze canwym ph 5 i sile jnwej 0,1 ml/l w emperaurze 80 C: k.... [.....] Wyznaczna warść pcząkweg sężenia ASA w bufrze canwym czasie 0: c ASA [...] Wykładnicza psać równania krzywej c ASA f(): 4. Wyznaczanie szybkści chwilwej i szybkści średniej hydrlizy ASA medą graficzną Szybkść chwilwa w... min ν / [...] (warść bliczna przez kmpuer::... [...] Szybkść chwilwa w... min ν / [...] (warść bliczna przez kmpuer::... [...] Szybkść średnia między... i... min ν / [...] Warść bliczna ze wzru ν śr (c 1 c 2 )/( 2 1 ): ν / [...] 5. Równanie Arrheniusa dla hydrlizy ASA w bufrze canwym ph 5 i sile jnwej 0,1 ml/l Nr Temperaura [ C] Temperaura [K] 1/T [1/K] (x) k [s 1 ] (y)

13 Liniwa psać równania Arrheniusa Współczynnik kierunkwy (a)... Błąd sandardwy współczynnika kierunkweg (S a )... Współczynnik przesunięcia (b)... Współczynnik krelacji (r)... Osaeczna psać równania:... Paramery Arrheniusa dla hydrlizy ASA Energia akywacji: E a [...] Błąd bezwzględny wyznaczania energii akywacji: E a [...] Współczynnik częsliwści: A e..... [...] Wykładnicza psać równania Arrheniusa Określenie rwałści rzwru ASA w bufrze canwym ph 5 i sile jnwej 0,1 ml/l w emperaurze pkjwej (20 C) k 293 K... (1/....) k 293 K... 0,1 293 K...[s]... [h] 7. Załączniki: a) Wykres c ASA f() na papierze milimerwym z wyznaczeniem szybkści chwilwych i szybkści średniej medą graficzną b) Wykres c ASA f() na papierze półlgarymicznym c) Wykres Arrheniusa k f(1/t) na papierze półlgarymicznym 8. Wniski 13