decomposição catalítica de hipoclorito

EXPERIÊNCIA 06 – DECOMPOSIÇÃO CATALÍTICA DE HIPOCLORITO
1. Sinopse teórica.
O estudo cinético de uma reação química compreende a determinação da equação de velocidade,
constante de velocidade, ordem relativa a cada reagente, ordem geral, molecularidade,
mecanismo, energia de ativação, fator de freqüência e fatores influentes na velocidade da reação.
A e B são reagentes nas concentrações
[A] e [B] mols/L; C e D são produtos;
x
y
v  k  A  B
a, b, c e d são coeficientes; x e y são
ln k  ln A  E a / R T as ordens relativas; x + y é a ordem
geral; se o mecanismo da reação for
(equação de Arrhenius)
elementar, então a = x e b = y.
aA  bB  cC  d D
v – velocidade da reação
k – constante de velocidade
A – fator de freqüência
Ea – energia de ativação
R – constante universal gases
T – temperatura absoluta
Os fatores, que agem aumentando ou diminuindo o tempo de acontecimento da transformação
química, são a temperatura, a concentração inicial dos reagentes, a pressão, o estado de divisão
dos reagentes e a presença de catalisador. Tais informações são obtidas mantendo-se constante
todas as condições experimentais, exceto aquela cuja influência se quer determinar. Embora os
resultados sejam previsíveis qualitativamente (aumento, diminuição ou constância), somente a
determinação experimental da velocidade esclarece o comportamento de cada sistema particular.
Via de regra, o aumento da temperatura implica no aumento da constante de velocidade e
conseqüentemente da velocidade de reação. Se a reação for endotérmica, o aumento da
velocidade será maior do que se a reação for exotérmica, pois o aumento da temperatura dificulta
a libertação da entalpia de reação. Temperaturas excessivamente altas podem decompor
reagentes e produtos.
O aumento da concentração inicial aumenta a velocidade de reação por um fator, que depende do
expoente experimental da concentração dos reagentes na equação de velocidade. Se a
concentração for elevada, podem surgir efeitos indesejáveis, como reações de dimerização,
aumento de viscosidade do meio reacional, precipitação de reagente, diminuição do grau de
ionização de eletrólitos fracos etc.
A variação de pressão só é relevante em sistemas que tenham uma fase gasosa, e afeta a
constante de velocidade. Em geral, o aumento da pressão favorece a reação em que o volume
gasoso dos reagentes seja maior do que o volume gasoso dos produtos. Pressões muito elevadas
podem liqüefazer substâncias, dificultando a reação.
A reação será tanto mais rápida, quanto maior for o estado de divisão e de dispersão de um
reagente sólido. O estado de divisão dos reagentes é ajustado antes de serem postos em reação, e
o estado de dispersão adequado é conseguido durante a reação por meio de agitação. Soluções
líquidas e gasosas apresentam divisão e dispersão altas. As reações exotérmicas, realizadas com
sólidos finamente divididos, podem se tornar perigosamente explosivas.
O catalisador cria um novo caminho de reação, porque
forma um estado de transição ou complexo ativado
reagentes-catalisador com menor energia de ativação,
que passa aos produtos mais rapidamente. Por exemplo,
a água sanitária ou solução de Javel, que apresenta 5%
em massa de hipoclorito de sódio (NaClO) em água, se
decompõe lentamente: 2 ClO–(aq) – 2 Cl–(aq) + O2 (aq).
A decomposição do hipoclorito fica milhares de vezes
mais rápida na presença de óxido de cobalto (III), Co2O3,
que a catalisa e se regenera completamente ao final.
2. Objetivos específicos: O aluno aprenderá a:
a) Conduzir um tipo de estudo cinético;
b) Identificar os fatores influentes na velocidade de reação.
3. Material necessário por grupo de alunos:
Aparelhagem
1 erlenmeyer de 250 mL
1 béquer de 600 mL
1 proveta de 25 mL
1 pipeta de 10 mL
1 tubo de ensaio de 10 cm
Reagentes
1 manômetro
1 cronômetro
1 rolha de borracha
1 tubo para conexão
1 pera de borracha
1 termômetro
1 tripé de ferro
1 tela de amianto
1 bico de bunsen
solução de NaClO a 5%
solução de Co(NO3)2 a
0,17 mol/L
4. Procedimento:
a) Monte a aparelhagem representada na figura ao lado;
b) Utilizando a proveta, transfira 15 mL da solução de NaClO
para o erlenmeyer;
c) Pipete 3 mL da solução de Co(NO3)2 no tubo de ensaio, e
ponha o tubo dentro do erlenmeyer. Feche-o com a rolha;
d) A equipe de alunos deve se dividir em misturador,
cronometrista e leitor;
e) Misturador é quem inicia a reação, inclinando o
erlenmeyer para as duas soluções entrarem em reação.
Segurando o erlenmeyer pela borda, manterá agitação
contínua em movimentos circulares de vai-e-vem em torno
de um eixo. Avisado pelo leitor, terminará a experiência,
abrindo o erlenmeyer;
Cronometrista é quem marca o início da reação, e avisa da
leitura a cada 30 segundos;
Leitor é quem anota a leitura do nível de água na coluna
da direita, a cada sinal do cronometrista. Avisará o término
da experiência, quando o nível da água atingir o final da
escala, ou quando forem feitas três leituras sucessivas
iguais;
f) Lave o erlenmeyer e o tubo de ensaio. Repita o procedimento de b a e, só com a diferença de
acrescentar 18 mL de água à solução de NaClO, a fim de reduzir sua concentração à metade;
g) Lave o erlenmeyer e o tubo de ensaio. Repita o procedimento de b a e, só com a diferença de
manter o erlenmeyer em um béquer com água aquecida 10 K acima da temperatura ambiente.
5. Relatório:
Em uma folha padrão de relatório, responda o seguinte:
a) Represente as três séries de dados em um único gráfico do nível da água lido em função do
tempo cronometrado.
b) Que característica possui a curva da reação mais rápida, diferente das outras duas curvas?
c) Qual seria o efeito combinado de aumentar a temperatura da reação em 10 K e diminuir a
concentração inicial de NaClO à metade?
d) Balanceie a equação de geração do catalisador: Co(NO3)2 + NaClO + H2O – Co2O3 +
HNO3 + NaCl.
e) A decomposição não catalisada do NaClO desloca 2,5 cm de água em 24 h à temperatura
ambiente. De quantas vezes foi mais rápida a reação catalisada, não diluída e não aquecida?