UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ CAMPUS CURITIBA Engenharia de Controle e Automação-S25 ARTUR BRIOSCHI DELPUPO BRUNO PIMENTA VASCO DANIEL SOUZA SOARES Cinética das Reações Homogêneas CURITIBA MAIO, 2019 ARTUR BRIOSCHI DELPUPO BRUNO PIMENTA VASCO DANIEL SOUZA SOARES Cinética das Reações Homogêneas Relatório elaborado na disciplina química geral do curso de engenharia de controle e automação, turma S25, ofertada pelo Departamento Acadêmico Química e Biologia, do Campus Ecoville da Tecnológica Federal do Paraná. Orientador: Prof. Sérgio Odakoski CURITIBA MAIO, 2019 Universidade INTRODUÇÃO A química é uma ciência teórico-experimental que continuamente produz métodos de análises em geral, que atendem as demandas industrial, comercial, de pesquisa e de educação prático-teórica, sendo a cinética das reações químicas uma das mais importantes ramificações desse vasto campo, necessária para compreender e controlar processos produtivos que envolvam tais reações. A cinética química, estuda a dinâmica das reações, afim de determinar as leis de velocidade envolvidas, leis estas que respondem a variações de grandezas como a temperatura, a concentração das espécies presentes, e até mesmo a presença de catalizadores específicos para cada aplicação distinta. Determinar a velocidade de uma reação apenas é possível na prática, podendo ser utilizados alguns métodos para tal fim, e um destes métodos é o método da velocidade inicial, que consiste em medir a velocidade no início da reação para vários valores de concentração inicial dos reagentes, utilizado em conjunto com o método do isolamento, que é estruturado a partir do conhecimento das concentrações da todos os reagentes, exceto um, que apresenta um excesso estequiométrico. Este presente trabalho objetivou calcular a ordem de reação em relação ao íon iodato e estabelecer a lei de velocidade completa para a reação bissulfito-iodato, através das relações matemáticas fundamentais da cinética química. (James Skoog, 8º ed. Norte Americana, 2006). FORMULÁRIO I. V = k x CA x CB → assume-se que CB é constante por estar em grande excesso estequiométrico. II. V = k` x CA, onde K` = Kb → CB = b. III. V0 = k` x CAα → α é a ordem da reação. IV. lnV0 = lnk` + αlnCA → relação linear entre os logaritmos naturais. V. V = Δ [HSO3 -] /Δt = k [HSO3 -]1[IO3-] α → equação da velocidade. MATERIAIS E MÉTODOS Tabela 1 Materiais • • • • • • • • • • • • 1 suporte para tubos 1 tripé 1 tela de amianto 1 termômetro 1 bastão de vídeo 12 tubos de ensaio 1 escova para tubos 3 pipetas graduadas de 10 ml 1 béquer de 50 ml 1 béquer de 400 ml fosforo cronometro Reagentes • Solução de KIO3 0,023 mol/L • Solução de NaHSO3 0,0075 mol/L • Vamos usar como base a reação 3HSO3 -(aq) + IO3 - (aq) → I - (aq) + 3SO4 - (aq) + 3H+ (aq) I. DETERMINACAO DA ORDEM DE REACAO COM RELACAO AO IODATO a. Prepararam-se 6 tubos de ensaio com iodato de potássio (KIO 3), diluídos a partir da solução 0,023 mol.L -1, de acordo com a tabela abaixo: Tabela 2 Tubos de Ensaio 0 1 2 3 4 5 mL solução KIO3 0,0023 mol.L-1 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 mL de água destilada 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 b. As duas soluções foram misturadas e agitadas em um tubo de ensaio, e foi marcado e tempo até a solução mudar de cor, e isso acontece quando os íons bissulfito são totalmente consumidos pela reação. c. Mudamos a quantidade da solução de KIO3 para ver a diferença causada. RESULTADOS E DISCUSSÕES Resultados: Reação estudada: 3 HSO3-(aq) + IO3- (aq) → I- + 3 SO42- (aq) + 3 H+(aq) Reações secundárias: 5 I-(aq) + 6 H+(aq) + IO3-(aq) → 3 I2(aq) + 3 H2O(l) I2 + AMIDO → [I2-AMIDO] (AZUL) Tabela 3 Exp. [HSO3 -](mol/L) [IO3-](mol/l) Δt (s) V0 =Δ [HSO3 -]/Δ t ln(Δ [HSO3 -]/Δ t ln([IO3-]) 1 0.00375 8.05 x 10^-3 24.57 152.625 x 10^-6 -8.7875 -4.822 2 0.00375 6.90 x 10^-3 26.95 139.174 x 10^-6 -8.8799 -4.9762 3 0.00375 5.75 x 10^-3 33.61 111.574 x 10^-6 -9.1008 -5.1586 4 0.00375 4.60 x 10^-3 41 91.463 x 10^-6 -9.4960 -5.3817 5 0.00375 3.45 x 10^-3 56 66.961 x 10^-6 -9.6114 -5.6694 Gráfico de lnV0 = lnk` + α lnCA (software SciDAVis) Discursões: From x = -5,6694 to x = -4,8221 B (y-intercept) = -3,98761481556199 +/- 0,213052544218781 A (slope) = 0,989738769693557 +/- 0,040891396869351 -------------------------------------------------------------------------------------Chi^2 = 0,0022470463575088 R^2 = 0,994905217003874 Observando o gráfico temos que IO3 – tem ordem 0,989738769693557 +/0,040891396869351. Aproximando, temos: 0,99. Com isso, podemos calcular a lei da velocidade: V0=k * [HSO3 ]^1 * [IO3 ]^0,99 II. DETERMINAÇÃO DA CONSTANTE DE VELOCIDADE EM DIFERENTES TEMPERATURAS. DETERMINAÇÃO DA ENERGIA DE ATIVAÇÃO a. Em 5 tubos de ensaio foram colocados 1,5ml da solução de KIO 3 e 3,5 ml de água . b. Em outros 5 tubos de ensaio foram colocados 5 ml de NaHSO 3. c. O béquer de 400 ml foi enchido de água e foram colocados dois dos tubos de ensaio (um do item a e um do item b) e o termômetro d. Depois de 2 minutos e tudo estiver em equilíbrio térmico foi adicionado o conteúdo de um dos tubos no outro, acionado um cronômetro, agitado a mistura e colocado ela dentro do béquer mais uma vez. e. Assim que a mistura mudou de cor o cronometro foi parado e verificamos a velocidade em que a reação ocorreu e a temperatura da água. f. Usamos o Bico de Bunsen para aumentar a temperatura em 20°C. g. Repetimos o experimento. h. Ao invés de aumentar a temperatura esperamos abaixar 5°C para fazer de novo. RESULTADOS E DISCUSSÕES Análise: De acordo com Arrhenius: k=A*e^(-Ea/RT). Sendo assim, para calcularmos o K precisamos da energia de ativação (Ea) e do fator exponencial (A).Logo, com a formula inicial temos que ln k = ln A – Ea/RT. De modo, essa equação descreve o comportamento de uma reta com a configuração: y= mx+b. Resultados: Tabela 4 Exp. [HSO3](mol/l) [IO3](mol/l) Temperatura (°C) 1 2 3 4 5 0.00375 0.00375 0.00375 0.00375 0.00375 0.00345 0.00345 0.00345 0.00345 0.00345 22.5 29.5 34.5 39.5 44 Temperatura fim (°C) 22.5 28 34 38 42 1/T (k) ln k k 3.3841x10^-3 1.75156 5.76249 3.32226x10^-3 1.91724 6.8068 3.25733x10^-3 1.9983 7.3765 3.21543x10^-3 2.0836 8.0338 3.174603x10^-3 2.4535 8.54503 V0 7.89x10^-5 9.32x10^-5 1.01x10^-4 1.10x10^-4 1.17x10^-4 Gráfico da Influência da Temperatura Discursões: From x = 0,003174603 to x = 0,0033841 B (y-intercept) = 7,94232558141679 +/- 0,450868645807672 A (slope) = -1.823,17982927092 +/- 137,812882591866 -------------------------------------------------------------------------------------Chi^2 = 0,00159457149853972 R^2 = 0,983147644322601 K para a maior temperatura é 8,54503 e para a menor temperatura é 5,76249. A precisão da inclinação do gráfico fornece o valor, referente ao coeficiente da reta m= -1.823,17982927092 +/- 137,812882591866. Advindo da equação: y = mx+ b. Portanto, a energia de ativação para a reação é calculada através da seguinte relação: 𝑚 = − 𝐸𝑎 𝑅 . Onde R é uma constante com valor de 8,515 joule * mol^-1 *k^-1. Logo, o valor da energia de ativação é: Ea = - 15,5244 kJ. CONCLUSÕES Pôde-se observar um aumento do tempo para que a reação ocorra por completo a medida da diminuição da concentração da solução de iodato de potássio, concluindo que o fator concentração, influi de maneira diretamente proporcional na velocidade da reação bissulfato-iodato estudada. Observa-se também que a temperatura influencia na constante k de forma diretamente proporcional, assim afetando a rapidez da reação. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS MENDHAM, J.; DENNEY, R. C.; BARNES, J. D.; THOMAS, M. J. K.; VOGEL, A. I. Vogel: Análise Química Quantitativa, 6a ed., Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2002. ROBINSON, J. W.; FRAME, E. M. S.; FRAME II, G. M. Undergraduate Instrumental Analysis, 6a ed., New York: Marcel Dekker, 2005. HARRIS, D. C., Análise Química Quantitativa, 6ª ed., Rio de Janeiro: Editora LTC, 2005. CIENFUEGOS, F.; VAITSMAN, D., Análise Instrumental, 1a ed., Rio de Janeiro: Editora Interciencia, 2000. SKOOG, D. A.; WEST, D. M.; HOLLER, F. J.; CROUCH, S. R.et al. Fundamentos de química analítica. São Paulo: Thomson Learning, 2006.
