De Oscillerende Chemische Reactie Een mathematisch en scheikundig onderzoek naar non-lineaire chemische kinetiek



Dovnload 4.44 Mb.
Pagina4/5
Datum07.11.2017
Grootte4.44 Mb.
1   2   3   4   5

3.3 Resultaten en Bespreking



Figuur 9: Een plot van MATLAB op basis van de doorgevoerde meetgegevens. De berekende concentratie volgens de relatie bij een golflengte van λ = 585 nm. Deze golflengte valt het beste te relateren aan de concentratie van het jood-zetmeelcomplex, dat een piek in absorbantie vertoont bij een golflengte van λ = 575 nm. De grafiek toont de berekende absorbantie vanaf het moment waarop de laatste reactant (oplossing C met zetmeel en malonzuur) is toegevoegd, tot het moment waarop de grafiek nog een afnemend stijgend verloop kent.
Tijdens de reactie in de cuvet is de transmissie gemeten met behulp van het programma Ocean View. De berekende absorbantie op basis van de gemeten transmissie volgens de relatie met P0 als de invallende lichtintensiteit (gelijkgesteld aan 1), en P als de doorgelaten lichtintensiteit, waarbij een waarde van A = 1AU gelijk staat aan het doorlaten van 10% van het invallende licht en A = 2AU gelijk staat aan het doorlaten van 1% van het invallende licht (waaruit duidelijk wordt waarom metingen boven A = 2AU een hoge resolutie van de fotometer vereist). Met behulp van de een ijklijn zou vervolgens de constante (in ) uit kunnen worden berekend, om een gevolgtrekking te kunnen maken over de concentratie op elk gewenst tijdstip. Echter, aangezien het opstellen van een dergelijke ijklijn voor elke golflengte mislukt is, kan uit de meetresultaten slechts de kwalitatieve 1-op-1-verhouding tussen de berekende absorbantie en bijbehorende concentratie worden geïnterfereerd.

Uit figuur 9 kunnen zeer diverse eigenschappen van de reactie worden opgemaakt, die uiteindelijk met het model vergeleken kunnen worden en de gelegenheid bieden om aanpassingen toe te brengen in het model (Hoofdstuk 4). Ten eerste kan worden opgemerkt dat het reactieverloop wordt gekenmerkt door een inductieve periode ( ), waarin wel enkele reacties plaatsvinden, maar waarin de concentratie zetmeelcomplex (een ‘laat’ product in de reactie) nog niet een verandering doet plaatsvinden in de transmissie dat boven de detectielimiet uitkomt.



Ten tweede is er sprake van een oscillerende periode (), waarin – afgezien de onverwachte resultaten bij een duidelijke oscillerende absorbantie is berekend en daarmee een oscillerende concentratie I2 en het daaruit gevormde zetmeelcomplex (dat I5 bevat) kan worden geïnterfereerd. Voor het ontstaan van het complex is zowel I2 als [I-]-ion nodig, hetgeen aantoont dat de toenemende hoeveelheid I2 langzaam toeneemt gedurende de oscillerende reactie. Deze lichte toename in de ‘evenwichtswaarde’ in de reactie kan worden gezien in de gestaag toenemende hoogte van de oscillerende pieken. In dit interval is de afsnede een benadering voor de evenwichtswaarde van het I2, hetgeen de gelegenheid biedt om de reactie op te delen in een oscillerende component en een algemene tendens van de reactie om zich toch richting een eindpunt te bewegen.


    1. Periodiciteit en Faseverschil


Als laatste zullen twee naar voren gekomen gegevens van de meetresultaten worden behandeld. De eerste onverwachte eigenschap die afwijkt van de door het model voorspelde gedrag van de oscillatie, is een toename in de duur van de periode van de oscillaties. Zoals te zien in figuur 10, is er een duidelijk verschil zichtbaar in de duur van de perioden in de oscillerende chemische reactie. Dit is een volgend feedbackpunt dat niet terugkomt in het model: in het model zijn concentraties afhankelijk van (neven-concentraties), maar er is geen zichtbare tijdsafhankelijkheid die een uitdrukking geeft van deze eigenschap van de reactie. In de grafiek is te zien dat de duur van de periode nog tijdens de reactie meer dan verdrievoudigt (en met het aflopen van de reactie ‘naar oneindig gaat’). Wel moet daarbij worden opgemerkt dat in de afhankelijkheid van de volledige differentiaalvergelijkingen, deze relatie opgenomen is; de verandering in concentratie van de stoffen (vooruitlopend op vergelijking (21)) komt terug in het gegeven dat elk van deze stoffen nivelleert naar een bepaalde eindconcentratie gedurende een reactie, en dat slechts de reeds toegepaste vereenvoudiging dit element heeft verwijderd.

Figuur 10: Periode in seconden ten opzicht van het aantal waargenomen oscillaties. De rode lijn geeft de [I-]-concentratie aan, de blauwe lijn de concentratie van het zetmeelcomplex.

De tweede eigenschap betreft het faseverschil dat men zou verwachten in de concentraties van de verschillende twee stoffen. Uit de differentiaalvergelijkingen van de twee stoffen, en duidelijk herkenbaar in onder andere figuren 2, 3 en 4, is er een faseverschil zichtbaar dat men op het blote oog zou kunnen schatten als (dit los van het gegeven dat de oscillaties niet eenvoudig harmonisch zijn). Ook moet men uit de eigenschappen van de reactie ter sprake afleiden dat de concentraties in bepaalde mate een faseverschil zouden moeten hebben, omdat het juist dit faseverschil is waaraan de reactie een vloeiend oscillerend verloop kent. Gaat men op zoek naar een zichtbaar faseverschil in de meetresultaten, dan is dit verschil niet groot genoeg om uit de resultaten te worden opgemaakt.

Vergelijkt men de twee absorbantiebepalingen in figuur 11, dan verwacht men een enigszins tegengestelde concentratie zetmeelcomplex en HOI, omdat laatstgenoemde stof de concentratie zetmeelcomplex juist verminderd. Echter, uit de aborbantiemetingen bij verschillende golflengtes (bijv. van λ = 330nm en van λ = 585nm zoals in figuur 11) is tijdens de ­real time metingen van het experiment gebleken dat er zich geen aantoonbaar faseverschil afspeelde in het volledige spectrum, terwijl uit de subtiele veranderingen in absorbantiemetingen van de ijkreeks van het [I-] is gebleken dat een sterke concentratiewijziging een op zijn minst aantoonbaar verschil in concentratie op zou moeten leveren. Bij het gebrek aan faseverschil op welke golflengte dan ook, moet worden geconcludeerd dat de interactiviteit van de stoffen uit het model niet naar voren is gekomen in de meetresultaten van het experiment.


Figuur 11: Een weergave van de berekende absorbantie bij golflengtes van λ = 330nm en λ = 585nm ter vergelijking van het faseverschil. Een sterk faseverschil is op geen enkel punt in het tijdsbesprek van bruikbare meetgegevens terug te vinden.





  1. Deel met je vrienden:
1   2   3   4   5


De database wordt beschermd door het auteursrecht ©tand.info 2017
stuur bericht

    Hoofdpagina