Theoretische achtergrond van dit experiment

Concentratie

Concentratie is hoeveel mol van een stof in een liter mengsel zit. De mol is een eenheid om weer te geven om hoeveel moleculen het gaat. 1 mol is gelijk aan 6.02 x 10 tot de macht 23 deeltjes. Omdat dit een lastig getal is om mee te werken, is de mol geïntroduceerd. De concentratie berekenen we door het aantal mol te delen door het volume. De concentratie is een handige eenheid om verder mee te werken.

 

Reactiesnelheid

De reactiesnelheid in mol L-1 s-1 geeft aan hoe de concentratie per liter van een stof per seconde verandert.  Hier gaat het erom dat bij iedere reactie beginstoffen verdwijnen en reactieproducten worden gevormd. De beginstoffen zouden dus een negatieve reactiesnelheid hebben. Maar omdat we de reactiesnelheid altijd als positieve snelheid noteren, doen we die nog keer -1. De reactiesnelheid van de eindstoffen houdt dus in hoeveel mol van de eindstof er per liter reactiemengsel per seconde wordt gevormd.

Niet iedere stof wordt even snel afgebroken of gevormd. Dit is afhankelijk van de molverhouding van de reactie. Bij bijvoorbeeld de reactie  2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (l) wordt er 2 keer zo snel H2 omgezet als O2.  In de scheikunde is afgesproken dat het niet mag uitmaken met welke stof in de reactie de reactiesnelheid wordt bepaald.  Daarom moet je, als je de reactiesnelheid wilt berekenen en je de concentraties van H2 gebruikt, deze dus keer 0,5 doen.

De reactiesnelheid bereken je met de formule s= ( [A]eind - [A]begin ) / (t eind - t begin), anders gezegd het verschil in concentratie gedeeld door het tijdsverschil.

De reactiesnelheid kun  je ook grafisch bepalen door een raaklijn te tekenen door een bepaald punt en de gevonden waarden van concentratie en tijd door elkaar te delen.

Wanneer de concentraties van de stoffen niet meer veranderen, is de reactie gestopt. De reactiesnelheid is dan gelijk aan 0.

 

De reactiesnelheid kun je op een aantal manieren vergroten:

- Door een hogere temperatuur: hierdoor bewegen de moleculen harder, heb je meer en hardere botsingen en gaan moleculen sneller samen;

- Door een katalysator: deze verlaagt de activeringsenergie, er is dus minder energie nodig om de reactie op gang te helpen;

- Door een grotere verdelingsgraad (bijvoorbeeld poeder in plaats van korrels): dit zorgt voor een groter contactoppervlak, zodat de kans op een effectieve botsing (daardoor gaan de moleculen samen) groter is.

- Door het verhogen van de concentratie: er zitten meer moleculen die meedoen aan de reactie in het mengsel. Hierdoor is de kans op een effectieve botsing ook groter. 

 

De gebruikte stoffen in het experiment

Natriumthiosulfaat (kortweg thio) heeft een molecuulformule van Na2 S2 O3. Het is een stof die op kamertemperatuur als kristal voorkomt, meestal als pentahydraat. Thio kent ook toepassingen in de maatschappij, zo kan het gebruikt worden in de waterzuivering, bij het looien van leer, in handwarmers en om jodiumvlekken uit kleding te halen. In het experiment hebben wij een oplossing van 0.1 mol/L thio gebruikt. In de reactie doet alleen de S2 O3 mee als ion met een lading 2-. Hieronder ziet u de structuurtekening en de stof op kamertemperatuur.

 

 

Zoutzuur heeft een molecuulformule van HCl. Ook van deze stof ziet u de structuurtekening hieronder.  Zoutzuur is eigenlijk een kleurloze waterige oplossing van het gas waterstofchloride. Zoutzuur is een veel gebruikte stof in de scheikunde, jaarlijks wordt ongeveeer 20 miljoen ton zoutzuur geproduceerd! Zoutzuur wordt onder andere gebruikt om de zuurgraad van een oplossing aan te tonen, staal te zuiveren en wordt gebruikt als zuurteregelaar (E507) in de voedingsindustrie. Ook mag het in kleine hoeveelheden aan het water in een zwembad toegevoegd worden. Als laatste heeft het ook een biologische rol: het is het belangrijkste onderdeel van het maagzuur. In ons experiment reageren de H+ ionen van HCl met de thiosulfaationen.

 

 

Theorie achter het experiment

De waterstofionen van het zoutzuur reageren met de thiosulfaationen.

De reactie is als volgt: 2 H+ (aq) + S2O3 2- (aq) →   H20 (l) + S (s) + SO2 (g)

De hoeveelheid zwavel die bij deze reactie ontstaat is een maat voor de snelheid waarmee deze ionen met elkaar reageren. Deze hoeveelheid zwavel (slecht oplosbaar in water) is als een troebeling in het reactiemengsel zichtbaar en kan worden gemeten met een colorimeter, gekoppeld aan het Coachprogramma.

In het experiment bepaalden we de tijd die verliep nadat het zoutzuur is toegevoegd aan de thiosulfaat (thio) en in de colorimeter is gezet totdat steeds dezelfde troebeling is ontstaan. Bij de verwerking keken we naar de invloed van de concentratie van thiosulfaationen op de reactiesnelheid.