reação da violeta de metila e hidróxido de sódio para o

REAÇÃO DA VIOLETA DE METILA E HIDRÓXIDO DE SÓDIO PARA O
ENSINO DE CINÉTICA QUÍMICA NA ENGENHARIA(1)
Gleicy Helly Martins Cavalcante(2), Jandir Pereira Blasius(3), Bruna Antunes de
Oliveira(4), Michele Andrade Rodrigues (5), Mateus Guimarães da Silva(6)
(1)
Trabalho executado durante a disciplina de Cinética e Cálculo de Reatores;
Graduanda de Eng. Amb. e San., Universidade Federal do Pampa, Caçapava do Sul, RS,
[email protected];
(3)
Graduando de Eng. Amb. e San., Universidade Federal do Pampa, Caçapava do Sul, RS, [email protected];
(4)
Graduanda de Eng. Amb. e San., Universidade Federal do Pampa, Caçapava do Sul, RS,
[email protected];
(5)
Graduanda de Eng. Amb. e San., Universidade Federal do Pampa, Caçapava do Sul, RS, [email protected];
(6)
Orientador, Universidade Federal do Pampa, [email protected];
(2)
Palavras-Chave: taxa de reação, método de análise integral, ensino de cinética química.
INTRODUÇÃO
O Curso de Engenharia Ambiental e Sanitária do Campus de Caçapava do Sul da Universidade
Federal do Pampa (UNIPAMPA) iniciou em março de 2012. Por se tratar de um curso novo, ainda não
possui laboratórios específicos das disciplinas profissionalizantes. Criar e montar experimentos alternativos
e promover a interação dos elementos teóricos apresentados em aula com a visualização na prática
proporciona uma maior assimilação dos conteúdos.
A reação entre o violeta de metila e o hidróxido de sódio é bastante válida para ser utilizada em aulas
práticas de cinética química pela facilidade de acompanhar o avanço da reação por métodos analíticos
colorimétricos, visto que o violeta de metila perde totalmente sua cor na presença de íons de hidróxido e
pela facilidade de obtenção desses reagentes nos laboratórios de química.
Neste contexto, este trabalho tem o objetivo de determinar os parâmetros cinéticos da reação da
violeta de metila com o hidróxido de sódio e avaliar a sua utilização nas aulas práticas para o estudo de
cinética química.
METODOLOGIA
Inicialmente, construiu-se uma curva de calibração para converter os dados obtidos em absorbância
para concentração molar de violeta de metila.
O ensaio experimental foi realizado numa cubeta de quartzo no próprio espectrofotômetro (marca
Spectrum e modelo S2000), pois a reação entre o hidróxido de sódio e o violeta de metila é muita rápida,
não haveria tempo suficiente para coletar a amostra, caso fosse conduzida em outro recipiente, e realizar a
leitura da absorbância. A reação foi realizada com a adição de 1 ml de solução de hidróxido de sódio com
-2
-1
-5
-1
concentração de 2,0.10 mol.L e 1 ml de solução de violeta de metila 2,5.10 mol.L na cubeta. O
cronômetro foi acionado ao introduzir-se a cubeta rapidamente no espectrofotômetro, logo, iniciou-se a
leitura da absorbância, no comprimento de onda de 590 nm, em 15 e 15 segundos até 3 minutos e de 30
em 30 segundos até completar 25 minutos da reação. O experimento foi realizado em duas temperaturas:
17ºC (temperatura ambiente) e a 47ºC (com auxílio do banho maria).
Utilizou-se o método de análise integral para realizar o estudo cinético da reação, ou seja, verificar
qual equação particular da taxa (1° ou 2° ordem) ajusta-se melhor aos dados obtidos no ensaio
(concentração x tempo de reação), permitindo, desta forma, encontrar a ordem da reação, a constante da
velocidade, a energia de ativação (em conjunto com equação de Arrhenius) e, por fim, definir o modelo
cinético da reação (LEVENSPIEL, 2000).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A equação da taxa da reação de 1° ordem, representada pela eq. (1), é caracterizada pela relação
direta entre a taxa e a concentração do reagente, após a sua integração, obteve-se a eq. (2), onde CAo é a
concentração inicial do reagente A no tempo zero (início da reação) e CA é a concentração deste mesmo
reagente no tempo t. O termo K é a constante de velocidade.
(1)
Anais do 8º Salão Internacional de Ensino, Pesquisa e Extensão – Universidade Federal do Pampa
(2)
A eq. (3), modelo para reação de 2° ordem, é caracterizada pela relação entre a taxa e o quadrado da
concentração do reagente, após a sua integração obtém-se a eq. (4), onde as variáveis são igualmente
representadas àquelas da primeira ordem.
(3)
(4)
O ajuste para a reação de 1° ordem é apresentado na figura 1 (a). É possível verificar um desvio no
ajuste dos dados obtidos na temperatura de 47ºC, isso pode ser explicado pelo decaimento de temperatura
durante o ensaio experimental. Enquanto que para a temperatura de 17ºC, há uma forte correlação linear,
representada pelo R² igual a 0,9964. Já para a reação de 2° ordem (Figura 1(b)) o ajuste foi melhor tanto
2
para os dados obtidos a 47°C quanto a 17°C, visto que o valor da correlação de R foi igual a 0,9965 e
0,9999, respectivamente, indicando que este modelo representa melhor a cinética da reação.
Figura 1 - Análise dos parâmetros cinéticos de 1° (a) e 2° ordem (b) para a reação entre o violeta de
metila e o hidróxido de sódio nas temperaturas de 17ºC e 47ºC.
(a)
(b)
Ainda avaliando a figura 1, pela inclinação das curvas verifica-se que a reação foi mais rápida quando
ocorreu na temperatura de 47°C, indicando que a velocidade da reação aumenta com a temperatura,
comportamento típico de um sistema endotérmico. A partir dos parâmetros cinéticos obtidos pelo ajuste dos
2
dados na equação de 2° ordem, na qual foi constatada a maior correlação do R , foi possível encontrar o
modelo cinético em função da temperatura ( ), conforme eq. (5), o que permite analisar o comportamento
da cinética da reação do violeta de metila (variável [A]) em outras temperaturas. O valor da constante da
6
-1 -1
-1
velocidade encontrado é igual a 1281.10 L. mol .s e a energia de ativação igual a 3687 J.mol .
(5)
CONCLUSÕES
O método de análise integral mostrou que a reação entre o violeta de metila e o hidróxido de sódio
ajusta-se melhor ao modelo da taxa de reação de 2° ordem, sendo que, para resultados mais consistentes
deve-se realizar novamente o experimento e assegurar que a temperatura seja mantida constante.
Portanto, o experimento mostrou-se satisfatório para ser aplicado nas aulas práticas sobre cinética
química, uma vez que foi possível determinar todos os parâmetros para encontrar o modelo cinético. Essa
abordagem prática promove um maior entendimento da cinética das reações e estimula o aprendizado,
sendo de fundamental importância para o desenvolvimento acadêmico e profissional dos discentes.
REFERÊNCIAS
LEVENSPIEL, O. Engenharia das reações químicas. 3. ed. São Paulo: Edgard Blucher, 2000.
Anais do 8º Salão Internacional de Ensino, Pesquisa e Extensão – Universidade Federal do Pampa