Relatorio CINETICA DE REACOES

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Universidade Estadual de Maringá - UEM
Centro de Ciências Exatas - CCE
Departamento de Físico-Química - DQI
Relatório
CINÉTICA DE REAÇÕES
Acadêmicos:
Andressa M. Takahashi RA: 80106
Geovana Alda RA: 95204
Docente: Prof. Dr. Wilker Caetano
Curso: Química - Licenciatura
Disciplina: Físico-Química Experimental II - Turma 32
Maringá - PR
Ano Letivo - 2020
1. RESUMO
A constante de velocidade (k) para a reação de segunda ordem é um valor
que tende a ser muito complexo para ser encontrado. No entanto, essa mesma
reação pode ser transformada em uma reação de pseudo-primeira ordem, onde a
concentração de iodeto é mantida constante e mede-se o tempo (t) para que
cada reação acontece. Para o experimento realizado, obteve-se que o valor para a
constante de velocidade para a reação de pseudo-primeira ordem (kobs) é de 1,588.
10-3 L.mol-1.s-1. Já o valor de kobs obtido graficamente foi de 0,0022 L.mol-1.s-1.
Na segunda etapa do experimento realizou-se um estudo do efeito da temperatura
sobre a velocidade da reação, e pode-se perceber que a diminuição da temperatura
fez com que a velocidade da reação diminuísse, sendo justificado na equação de
Arrhenius.
2. OBJETIVO
PARTE I
Determinar a constante de velocidade observada para uma reação
de pseudo primeira-ordem (em relação ao S2O8=) e a constante de velocidade total.
PARTE II
Determinar a energia de ativação.
Determine a constante de velocidade a diversas temperaturas, lembrando que
esta não necessita estar exatamente na temperatura indicada, mas deve
permanecer constante e ser registrado.
3. RESULTADO E DISCUSSÃO
Registrou-se na Tabela 01 o volume dos compostos utilizados no preparo
das soluções contidas nos cinco tubos de ensaio.
Tabela 01 - Volume dos compostos utilizados na primeira parte do
experimento.
TUBOS A V. KI (mL) V. H2O (mL) V. S2O3 (mL Volume
amido (mL)
01 10,0 3,0 2,0 5,0
02 10,0 2,5 2,5 5,0
03 10,0 2,0 3,0 5,0
04 10,0 1,0 4,0 5,0
05 10,0 0,0 5,0 5,0
Para o primeiro tubo de ensaio, calculou-se a concentração de tiossulfato de
sódio após a diluição, considerando que a concentração inicial da solução é igual a
0,050 mol/L e o volume de tiossulfato de sódio que foi adicionado foi de 2,0 mL.
C1. V1 = C2 . V2
0,050 molL-1 . 2,0 mL = C2 . 30,0 mL
C2 = 0,00333 molL-1 de Na2S2O3
A partir desse resultado, calculou-se a nova concentração do persulfato de
potássio, considerando que a solução era 0,10 mol/L e utilizou-se 10,0 mL.
C1 . V1 = C2. V2
0,10 molL-1. 10,0 mL = C2. 30,0 mL
C2 = 0,0333 molL-1 de K2S2O8
Analogamente, calculou-se as concentrações de tiossulfato de sódio e
persulfato de potássio para as soluções dos outros tubos. Os resultados obtidos
encontram-se dispostos na Tabela 02.
Tabela 02 -Concentração das soluções utilizadas na primeira parte do
experimento.
[S2O3²-] (mol L-1) [S2O8²-] (mol L-1)
0,00333 0,0333
0,00417 0,0333
0,00500 0,0333
0,00667 0,0333
0,00833 0,0333
Temos as seguintes reações:
2 I- + S2O8²- → I2 + 2 SO4²-
I2 + 2 S2O3²- → S4O6²- + 2I-
Considerando que, no final do experimento, 2 mol de S2O3²- equivalem a 1mol de
S2O8²-, a quantidade de persulfato de potássio que foi consumida será igual a 12
[S2O3²-]. Então, a quantidade de persulfato de potássio que não reagiu pode ser
1 dada por:
[S2O8²-]t = [S2O8²-]0- [S2O3²-]0(Equação 01)12
A quantidade de persulfato de potássio que reagiu e que sobrou para cada
recipiente foi registrado na Tabela 03.
Tabela 03 - Concentração de S2O8²- que reagiu e que sobrou.
TUBOS TEMPO [S2O8²-]reagiu
(mol L-¹)
[S2O8²-]sobrou
(molL-¹)
01 50,66 0,00166 0,0316
02 64,19 0,00208 0,0312
03 75,50 0,00250 0,0308
04 101,97 0,00333 0,0300
05 129,22 0,00416 0,0291
Após a determinação experimental do tempo necessário para as reações
químicas ocorressem, calculou-se a Kobs por meio da Equação 02:
𝐿𝑛 [𝑆2𝑂8²−]𝑡[𝑆2𝑂8²−]0 = 𝐾𝑜𝑏𝑠. 𝑡
Exemplificando para o tubo 01:
𝐿𝑛 [0,0316][0,0333] = 𝐾𝑜𝑏𝑠. 50, 66𝑠
𝐾𝑜𝑏𝑠 = 1, 034 . 10 − ³ 𝑠 − ¹
TUBOS TEMPO Kobs (s-¹)
01 50,66 1,034 .10-³
02 64,19 1,014 .10-³
03 75,50 1,033 .10-³
04 101,97 1,023 .10-³
05 129,22 1,043 .10-³
Com os valores obtemos a media de Kobs (s-¹) : 1,0294 .10-³
Portanto, o valor da constante de velocidade observada média para a
reação ocorrida na primeira parte do experimento foi de 1,0294 .10-³s-1. Calculando
o valor da constante de velocidade (K) para a reação de segunda ordem, obteve-se
0,0116 L.mol-1s -1 . Para isso, utilizou-se a Equação 03.
K = (Equação 03)
𝐾𝑎𝑏𝑠
´[1−´]
K = (Equação 03)
1,0294 .10−³
´[0,20𝑚𝑜𝑙−𝑙 ´]
K= 0,005147 L.mol-¹s-¹
Na sequência, determinou-se o valor de Kobs graficamente. Para isso,
construiu-se um gráfico de ln [S2O82−]t [S2O82−]0x tempo da reação (t), com base÷
na Tabela 05.
Tabela 05 - Valores de e de tempo da reação para cada tubo.𝐿𝑛 [𝑆2𝑂8²−]𝑡[𝑆2𝑂8²−]0
TUBOS TEMPO 𝐿𝑛 [𝑆2𝑂8²−]𝑡[𝑆2𝑂8²−]0
01 50,66s - 0,0524
02 64,19s - 0,0651
03 75,50s - 0,0780
04 101,97s - 0,1043
05 129,22s - 0,1348
Gráfico 01 - em função do tempo da reação.𝐿𝑛 [𝑆2𝑂8²−]𝑡[𝑆2𝑂8²−]0
Considerando que o coeficiente angular obtida foi de - 0,0204., obteve-se um
valor de Kobs igual a 0,0204. Aplicando esse valor na Equação 03, obteve-se que a
constante de velocidade para a reação de segunda ordem é igual a K= 0,005147
L.mol-¹s-¹.
Resultados e discussão da parte II
Registrou-se na Tabela 06 o volume dos compostos utilizados no preparo da
solução contida nos cinco tubos de ensaio. Diferente da parte I, aqui, usou-se a
mesma solução para todos os tubos, onde, cada um deles continham o volume
equivalente a 28 mL de solução.
● Tubo B com 10,0 mL de solução 0,10 mol/L de persulfato e 5,0 mL
da solução de amido (8x tubos). Vtotal = 28,0 mL;
Tabela 06 - Volume dos compostos utilizados na segunda parte do
experimento.
Volume KI (mL) Volume
S2O3²-(mL)
Volume
S2O8²-(mL)
Volume amido(mL)
10,0mL 3,0mL 10,0mL 5,0mL
Como o volume da solução de iodeto de potássio (KI) é de 10,0 mL, a concentração
desta solução é equivalente à solução da primeira parte do experimento, ou seja,
0,602 mol/L. O cálculo das concentrações dos Na2S2O3 e K2S2O8 foi realizado de
modo análogo ao anterior. Para o tiossulfato de sódio temos que:
C1 . V1 = C2. V2
0,050 mol/L . 3,0 mL = C2. 28,0 mL
C2 = 5,3x10-3 mol/L de Na2S2O3
Para o persulfato de potássio temo que:
C1. V1 = C2. V2
0,10 mol/L . 10,0 mL = C2. 28,0 mL
C2 = 0,01178 mol/L de K2S2O8
Analogamente, considerando que, no final do experimento, 2 mol de S2O3 ²-
equivalem a 1 mol de S2O8²- , a quantidade de persulfato de potássio que foi
consumida será igual a [S2O3²-]. Então, a quantidade de persulfato de potássio12
que não reagiu pode ser dada por:
[S2O8²-]t = [S2O8²-]0- [S2O3²-]0(Equação 5)
A quantidade de persulfato de potássio que sobrou após a reação (em cada Tubo)
foi de [S2O82-]t = 9,13x10-3 mol/L.
Após a determinação experimental do tempo necessário para que as
reações químicas ocorressem, calculou-se a Kobs por meio da Equação 02.
Exemplificando para o Tubo 01:
𝐿𝑛 [𝑆2𝑂8²−]𝑡[𝑆2𝑂8²−]0 = 𝐾𝑜𝑏𝑠. 𝑡
𝐿𝑛 [9,13𝑥10−3][0,01178] = 𝐾𝑜𝑏𝑠. 5, 5𝑠
0,04633s-¹𝐾𝑜𝑏𝑠 = 
Analogamente, determinou-se o valor de Kobs para as reações ocorridas nos
outros tubos e também o valor médio e, em seguida, registrou-se os resultados
obtidos na Tabela 07, juntamente com o tempo necessário e respectivas
temperaturas em que ocorreram as reações.
Tabela 07 - Valores de tempo de reação e Kobs para cada tubo.
TUBOS Temperatura(K) t (s) Kobs(s-1)
01 343,15 5,5 0,04633
02 333,15 6,0 0,04247
03 323,15 6,8 0,03747
04 313,15 21,1 0,01207
05 303,15 42,5 0,005997
Com os dados tabelados acima, foi possível observar que quanto maior a
temperatura, maior é o valor de K. Isso demonstra que em maiores temperaturas a
velocidade cinética das moléculas aumenta e assim, maior é a frequência de
colisões e consequentemente, maior também será a quantidade de colisões
efetivas. Assim, com o aumento da temperatura, mais rapidamente a reação ocorre.
Na sequência, determinou-se a energia de ativação graficamente. Para isso,
construiu-seum gráfico de ln Kobs x 1/T (K-1), com base na Tabela 08.
Tabela 08 - Valores de ln Kobs e de 1/T para cada tubo.
TUBOS 1/T (K-1) .10-³ ln Kobs
01 2.914 .10-³ -3.0719
02 3,001 .10-³ -3.1589
03 3,094 .10-³ -3.2842
04 3,193 .10-³ -4.4170
05 3,298 .10-³ -5.1164
Gráfico 2 - Gráfico de ln K versus 1/T para o cálculo da Ea..
Por meio da equação de Arrhenius, temos:
ln K = ln A - Ea/RT (Equação 06)
A partir do gráfico tem-se que o coeficiente angular é igual a -5347,1x sendo que
este valor é igual a Ea/R . Com isso, infere-se que a energia de ativação dessa Ea/R
reação é igual a 44,45J.mol -¹.
4. CONCLUSÃO
A partir deste experimento pode-se concluir que a concentração e a
temperatura apresentam influência direta na velocidade de uma reação, sendo que
o aumento da concentração ocasiona um aumento da velocidade, enquanto que o
aumento da temperatura em concentrações fixas, também leva a um aumento na
velocidade de reação.
O emprego de uma reação de pseudo-primeira ordem é um bom método
para se calcular o valor de k de uma reação de segunda ordem. Neste caso,
obteve-se que o Kobs é de .1, 034 . 10 − ³ 𝑠 − ¹
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
6.1) BROWN, T.L.; LEMAY, H.E.; BURSTEN, JR.B. Química: a ciência central. 9ed.
Tradução de Robson Matos. São Paulo: Prentice Hall, 2005. p. 483-494.
6.2) https://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/ch22/rate.php
6.3)https://pt.khanacademy.org/science/chemistry/chem-kinetics/arrhenius-equation/v/
arrhenius-equation#:~:text=A%20equa%C3%A7%C3%A3o%20de%20Arrhenius%20%
C3%A9,ativa%C3%A7%C3%A3o%20Ea)%20na%20temperatura%20T.
6.4)http://professor.ufop.br/sites/default/files/kisla/files/modulo_1_cinetica_0.pdf
https://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/ch22/rate.php