Decomposição do Peróxido de hidrogênio

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS 
CENTRO DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE QUIMICA 
SÃO CARLOS 
MAIO DE 2015 
 
 
 
 Cássio Mendes da Silva 507873 
 Josilei da Silva Ferreira 508039 
 
 
 
 
 
Decomposição Catalítica do Peróxido de 
Hidrogênio 
 
 
 
 
 
Laboratório de Físico-Química 
Prof. Dr. José Mario de Aquino 
 
 
 
2 
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 3 
2. OBJETIVOS ................................................................................................................. 5 
3. MATERIAIS E METODOLOGIA .............................................................................. 6 
3.1. Materiais e reagentes ............................................................................................. 6 
3.2. Procedimento experimental ................................................................................... 6 
3..2.1. Escolha do catalisador adequado: ................................................................. 6 
3.2.2. Determinação da constante de velocidade e tempo de meia vida: ................. 6 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................. 7 
5. CONCLUSÃO ............................................................................................................ 14 
6. REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 15 
 
 
 
 
3 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
Alguns óxidos de metrais de transição podem aumentar a velocidade de conversão 
do peróxido de hidrogênio à água e gás oxigênio. Apesar de não serem consumidas na 
reação, substâncias com essa capacidade, chamadas de catalisadores, possibilitam rotas 
alternativas para o processamento da reação. Desta foram, seguimos a equação seguinte, 
para uma reação de primeira ordem para o peróxido de hidrogênio: 
2𝐻2𝑂2(𝑎𝑞) → 𝐻2𝑂(𝑙) + 𝑂2(𝑔) 
Se tratando de um sistema na ausência de compostos coloridos, mas com evolução 
de gás, podemos acompanhar o desenvolvimento da reação pela produção de gás oxigênio 
e, se tratando de uma reação do tipo: 
𝐴 → 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜𝑠 
Podemos escrever a lei de velocidade como: 
𝑣 = −
𝑑[𝐴]
𝑑𝑡
= 𝑘[𝐴] (𝐸𝑞. 1) 
𝑣 = −
𝑑[𝐴]
[𝐴]
= 𝑘𝑑𝑡 
Integrando: 
𝑣 = − ∫
𝑑[𝐴]
[𝐴]
[𝐴]
[𝐴]0
= 𝑘 ∫ 𝑑𝑡
𝑡
0
 
𝑣 = − ln
[𝐴]
[𝐴]0
= 𝑘𝑡 
𝑣 = ln
[𝐴]
[𝐴]0
= −𝑘𝑡 (𝐸𝑞. 2) 
Disto, podemos ainda definir o tempo de meia vida como o tempo necessário para 
que metade da quantidade de reagente seja consumida. Assim, no tempo de meia vida, 𝑡1
2
, 
temos: 
[𝐴]0
2
= [𝐴]0𝑒
−𝑘𝑡1
2 
1
2
= 𝑒
−𝑘𝑡1
2 
ln
1
2
= −𝑘𝑡1
2
 (𝐸𝑞. 3) 
 
 
4 
 
Desta forma podemos identificar que k e 𝑡1
2
 dependem apenas um do outro, sendo 
independentes da concentração de reagente e é possível determinar 𝑡1
2
 à partir de k e k à 
partir de 𝑡1
2
. 
Uma vez que o acompanhamento da reação for feito pela variação de volume 
proveniente da evolução de gases, é necessário que se mantenha a temperatura e a pressão 
constantes, de modo a obter medidas concisas. 
A figura abaixo ilustra, genericamente, como seria o mecanismo de catálise com a 
adsorção da molécula de peróxido na superfície do catalisador e a liberação dos produtos. 
 
Figura 1. Decomposição catalítica do peróxido de hidrogênio. As moléculas se aproximam da superfície, 
ocorrendo a adsorção (I). As ligações entre os átomos de oxigênio são enfraquecidas gerando radicais 
hidroxila (II), que reagem com as moléculas da vizinhança gerando outros radicais hidroxila e radicais 
oxigênio (III). Os radicais oxigênio migram (III) e se aproximam, formando uma nova ligação química 
(IV) e deixando a superfície do catalisador (V). 
 
 
 
5 
 
2. OBJETIVOS 
 
Determinar experimentalmente a constante de velocidade e o tempo de meia vida 
da reação de decomposição do peróxido de hidrogênio para diferentes catalisadores e 
avaliar a influência da quantidade do catalisador na reação. 
 
 
 
6 
 
3. MATERIAIS E METODOLOGIA 
 
3.1. Materiais e reagentes 
1 bureta de gás de 100mL 
1 bulbo nivelador de 1000mL 
3 balões de fundo redondo de 100mL 
1 copo de Becker de 50mL 
1 proveta de 10mL 
1 termômetro 
1 agitador magnético 
1 cronômetro 
1 banho com água resfriada 
Óxidos de Manganes (IV), Chumbo (II) 
e Chumbo (IV) 
Água oxigenada à 3% (10 volumes) 
 
3.2. Procedimento experimental 
 
3..2.1. Escolha do catalisador adequado: 
Para os três óxidos: colocou-se 0,125g do óxido com 15mL de água destilada no 
frasco de reação, deixando 5mL no banho de água. Adicionou-se 3mL de água oxigenada 
no frasco e, imediatamente, conectou-se a bureta ao frasco. Tomou-se medidas de volume 
a cada 15s até que se obtivesse 16 medidas. 
 
3.2.2. Determinação da constante de velocidade e tempo de meia vida: 
Escolheu-se o catalisador de maior eficiência e melhor reprodutibilidade. 
Reproduziu-se o procedimento explicitado em 3.2.1, variando-se as quantidades de água 
oxigenada e do óxido em 50% para mais e para menos em relação ao valor utilizado 
anteriormente. 
 
Figura 2. Montagem do sistema com bureta de gás. 
 
 
 
7 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
É necessário, antes de se iniciar a discussão dos dados obtidos, levar em 
consideração que, por motivos de falha na execução do experimento, o sistema não se 
manteve na condição de pressão constante, o que pode interferir na consistência dos dados 
obtidos para o volume de gás oxigênio evoluído. Contudo acredita-se que isto não irá 
interferir de maneira drástica nos objetivos do experimento, ainda que se tenha algum 
desvio nos resultados. 
A escolha do catalisador adequado foi feita mediante avaliação da rapidez que a 
reação ocorre quando comparada com as das demais reações catalisadas pelos outros 
óxidos e o quão fácil é de se obter as medidas. A tabela abaixo apresenta os dados 
coletados no experimento. 
 
Tabela 1. Volume de O2 evoluído para a reação com diferentes catalisadores. 
Tempo/s VO2 (PbO)/mL VO2 (PbO2)/mL VO2 (MnO2)/mL 
15,0 1,30 2,00 14,2 
30,0 1,40 3,00 15,4 
45,0 1,60 4,00 15,6 
60,0 1,80 5,00 15,8 
75,0 1,90 6,20 16,0 
90,0 2,00 7,60 16,1 
105 2,20 9,20 16,2 
120 2,40 11,2 16,2 
135 2,50 12,2 16,2 
150 2,70 13,4 16,2 
165 2,80 15,0 16,2 
180 3,00 16,2 16,2 
195 3,20 17,6 16,2 
210 3,40 18,8 16,2 
225 3,60 20,0 16,2 
240 3,70 21,0 16,2 
final 34,2 36,5 18,4 
 
Como temos a concentração do peróxido proporcional a concentração de O2, e por 
consequência ao volume de O2 liberado, sendo que: 
[𝐻2𝑂2]0 = [𝑂2]𝑓 
[𝐻2𝑂2]𝑡 = [𝑂2]𝑓 − [𝑂2]𝑡 
 
 
8 
 
Como temos o volume de O2 proporcional à concentração de O2, podemos 
representar a concentração de H2O2 por meio deste de forma consistente, adaptando esta 
equação como: 
[𝐻202]𝑡 = 𝑉𝑂2𝑓 − 𝑉𝑂2𝑡 (𝐸𝑞. 4) 
Assim, fazendo uso da Eq. 2 (página 3) podemos calcular o valor da constante de 
velocidade para as reações, sendo ela o coeficiente angular da reta. A tabela abaixo 
apresenta os valores obtidos e representados na figura seguinte para os três óxidos. 
 
Tabela 2. Logaritmo natural da diferença entre o volume final de O2 evoluído e o 
volume de O2 em função do tempo de reação. 
Tempo/s lnVf-Vt (PbO) lnVf-Vt (PbO2) lnVf-Vt (MnO2) 
15,0 3,49 3,54 1,44 
30,0 3,49 3,51 1,10 
45,0 3,48 3,48 1,03 
60,0 3,48 3,45 0,96 
75,0 3,48 3,41 0,88 
90,0 3,47 3,360,83 
105 3,47 3,31 0,79 
120 3,46 3,23 0,79 
135 3,46 3,19 0,79 
150 3,45 3,14 0,79 
165 3,45 3,07 0,79 
180 3,44 3,01 0,79 
195 3,43 2,94 0,79 
210 3,43 2,87 0,79 
225 3,42 2,80 0,79 
240 3,42 2,74 0,79 
 
 
 
9 
 
 
Figura 3. Logaritmo da diferença entre o volume final de O2 evoluído e o volume de O2 evoluído em função 
do tempo de reação. 
 
Por meio do gráfico podemos verificar que, em termos de eficiência, o oxido de 
manganês (IV) é o melhor dos três catalisadores, apresentando a maior constante de 
velocidade. Contudo as medidas tomadas mostram que não é um procedimento muito 
reprodutível, o que é consequência desta alta velocidade. O óxido de chumbo (II) 
apresenta baixa eficiência na catálise, embora seja o mais reprodutível devido à baixa 
velocidade de reação. O óxido de chumbo (IV), escolhido como o catalisador ideal para 
a sequência do experimento é o que apresenta eficiência moderada sem que haja perda da 
reprodutibilidade, pois a reação ainda pode ser mantida sob controle, apesar de não ser 
tão lenta. 
Aplicando a Eq. 3 (página 3), podemos calcular o tempo de meia vida, uma vez que 
possuímos o valor da constante de velocidade para a reação, o que será feito apenas para 
a reação com o catalisador escolhido. 
ln
1
2
= −0,0037𝑠−1𝑡1
2
 
𝑡1
2
=
−0,69
−0,0037𝑠−1
 
𝑡1
2
= 1,9 ∙ 102𝑠 
y = -0,0003x + 3,5005
R² = 0,9959
y = -0,0037x + 3,6578
R² = 0,987
y = -0,0018x + 1,116
R² = 0,5482
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
0 50 100 150 200 250 300
ln
 V
f-
V
(t
)
t/s
Comparação da eficiência catalítica dos diferentes 
oxidos
PbO
PbO2
MnO2
 
 
10 
 
Podemos então verificar a influência da concentração de reagente e do óxido na 
constante da velocidade, que influenciará diretamente no tempo de meia vida do peróxido 
de hidrogênio. A tabela a seguir apresenta os dados obtidos para a variação da 
concentração do catalisador em 50% para mais e para menos e, logo abaixo, a Figura 3 
mostra as curvas obtidas para uma melhor comparação. 
 
Tabela 3. Dados de comparação para a variação da concentração do catalisador 
PbO2. 
Tempo/s 
VO2 
(50%)/mL 
VO2 
(100%)/mL 
VO2 
(150%)/mL 
lnVf-Vt 
(50%) 
lnVf-Vt 
(100%) 
lnVf-Vt 
(150%) 
15,0 1,60 2,00 2,10 3,53 3,54 3,56 
30,0 2,10 3,00 3,30 3,52 3,51 3,52 
45,0 2,40 4,00 4,40 3,51 3,48 3,49 
60,0 2,80 5,00 5,30 3,50 3,45 3,46 
75,0 3,20 6,20 6,30 3,48 3,41 3,43 
90,0 3,70 7,60 7,30 3,47 3,36 3,40 
105 4,10 9,20 8,30 3,46 3,31 3,36 
120 4,70 11,2 9,20 3,44 3,23 3,33 
135 5,30 12,2 10,2 3,42 3,19 3,30 
150 5,80 13,4 11,1 3,40 3,14 3,26 
165 6,40 15,0 12,2 3,38 3,07 3,22 
180 7,00 16,2 13,1 3,36 3,01 3,18 
195 7,50 17,6 14,0 3,34 2,94 3,14 
210 8,20 18,8 15,0 3,32 2,87 3,10 
225 9,00 20,0 15,9 3,29 2,80 3,06 
240 9,80 21,0 16,7 3,26 2,74 3,02 
final 35,8 36,5 37,2 
 
 
 
11 
 
 
Figura 4. Logaritimo da diferença entre o volume de O2 final e o volume de O2 evoluído em função do 
tempo de reação para diferentes concentrações do catalisador, em relação à primeira etapa do 
experimento. 
 
Podemos ver que o aumento da concentração do catalisador, até certo ponto, 
influência positivamente na velocidade da reação ao passo que, com o aumento excessivo 
há diminuição na velocidade de reação e, desta forma, há perda de eficiência do 
catalisador. Podemos também calcular o tempo de meia vida para cada situação. Desta 
forma, temos: 
𝑡1
2
(50%)
= 5,8 ∙ 102𝑠 
𝑡1
2(150%)
= 2,9 ∙ 102𝑠 
Ainda é possível avaliar a influência da concentração do reagente na reação 
catalisada, tomando-se a concentração de maior eficiência encontrada anteriormente e 
variando a concentração do peróxido de hidrogênio. A tabela abaixo apresenta os dados 
obtidos para esta comparação e, a seguir, a Figura 4 mostra as curvas obtidas para fins de 
comparação. 
 
 
 
y = -0,0012x + 3,5676
R² = 0,9804
y = -0,0037x + 3,6578
R² = 0,987
y = -0,0024x + 3,6057
R² = 0,997
2,50
2,70
2,90
3,10
3,30
3,50
3,70
0 50 100 150 200 250 300
ln
 V
f-
V
(t
)
t/s
Influência da concentração do catalisador na 
velocidade da reação
50%
100%
150%
 
 
12 
 
Tabela 4. Dados de comparação para a variação da concentração do peróxido de 
hidrogênio. 
Tempo/s 
VO2 
(50%)/mL 
VO2 
(100%)/mL 
VO2 
(150%)/mL 
lnVf-Vt 
(50%) 
lnVf-Vt 
(100%) 
lnVf-Vt 
(150%) 
15,0 1,70 2,00 2,30 2,79 3,54 3,95 
30,0 2,30 3,00 3,30 2,75 3,51 3,93 
45,0 2,40 4,00 4,50 2,75 3,48 3,91 
60,0 3,30 5,00 5,60 2,69 3,45 3,89 
75,0 3,90 6,20 7,00 2,65 3,41 3,86 
90,0 4,40 7,60 8,40 2,61 3,36 3,83 
105 5,00 9,20 10,0 2,56 3,31 3,79 
120 5,60 11,2 11,6 2,52 3,23 3,76 
135 6,20 12,2 13,2 2,47 3,19 3,72 
150 6,90 13,4 15,0 2,41 3,14 3,67 
165 7,60 15,0 16,8 2,34 3,07 3,63 
180 8,30 16,2 18,4 2,27 3,01 3,58 
195 9,00 17,6 20,0 2,20 2,94 3,54 
210 9,50 18,8 21,7 2,14 2,87 3,49 
225 10,2 20,0 23,2 2,05 2,80 3,44 
240 10,7 21,0 24,6 1,99 2,74 3,39 
final 18,0 36,5 54,4 
 
 
Figura 5. Logaritmo natural da diferença de volume de O2 final e do volume de O2 evoluído em função do 
tempo de reação para diferentes concentrações de peróxido de hidrogênio. 
 
Podemos verificar que a concentração do reagente influencia de maneira sutil na 
velocidade da reação, mas que, quando este está em excesso, há uma diminuição na 
velocidade de reação indicando que pode haver uma competição das moléculas de 
y = -0,0036x + 2,9082
R² = 0,9805
y = -0,0037x + 3,6578
R² = 0,987
y = -0,0025x + 4,0356
R² = 0,9848
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0
ln
 V
f-
V
(t
)
t/s
Influência da concentração do peróxido de hidrogênio 
na velocidade da reação catalisada.
50%
100%
150%
 
 
13 
 
peróxido pelos sítios catalíticos do óxido de chumbo (IV), o que possivelmente poderia 
ser otimizado com a adição de uma maior quantidade do catalisador neste último caso. 
Ademais, é esperado que encontremos tempos de meia vida muito próximos para as 
concentrações de 50% e 100% do reagente, em relação a primeira etapa do experimento. 
𝑡1
2(50%)
= 1,9 ∙ 102𝑠 
𝑡1
2(150%)
= 2,8 ∙ 102𝑠 
 
 
 
 
14 
 
5. CONCLUSÃO 
 
Foi possível, por meio do método proposto, determinar tanto a constante de 
velocidade quanto o tempo de meia vida do reagente para a reação de decomposição do 
peróxido de hidrogênio nas condições realizadas. Ainda pode-se avaliar a eficiência de 
catalise de diferentes óxidos de metais de transição e pós-transição, bem como a 
influência das quantidades destes na reação e também da influência da concentração do 
peróxido de hidrogênio na atividade catalítica do óxido usado como catalisador nas etapas 
finais do experimento, ainda que não se seguisse as condições ideais. 
 
 
15 
 
6. REFERÊNCIAS 
 
ATKINS, P. Físico-Química, volume 3, 7ª edição. Rio de Janeiro: LTC-Livros Técnicos 
e Científicos Editora S. A., 2004. 
 
AVERY, H.E. Cinética Química Básica y Mecanismos de Reacción. Barcelona, 
Reverté, 1977. 
 
CASTELLAN, G. Fundamentos de físico-química. Trad. de Cristina Maria Pereira dos 
Santos e Roberto de Barros Faria, Rio de Janeiro, Livros Técnico e científicos, 1986.