20RelatoCC81rio20520-20CineCC81tica20quiCC81mica20II20-20HidroCC

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
Instituto de Ciências Exatas
Departamento de Química
Relatório da Aula Prática Nº 5
Ciclo 2
Prática 5: Cinética química II - Hidrólise da Sacarose
Alunos:
Isabella Marcos Costinhas Pereira - 202007113
Janita Soraia de Oliveira - 201707058
Disciplina: Laboratório de Físico-Química – QUI148
Professor: Nícolas Glanzmann
Tutor: Amanda Cota Marques
Abril - 2023
2
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 3
2 OBJETIVO 5
3 MATERIAIS 5
4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 5
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO 6
6 CONCLUSÃO 8
7 REFERÊNCIAS 9
8 ANEXOS 9
3
1 INTRODUÇÃO
A sacarose (C12H22O11), conhecida comumente como açúcar, é um sólido cristalino
à temperatura ambiente, que se dissolve em água e possui sabor doce. A sacarose é
encontrada em diversas plantas, principalmente na beterraba e na cana-de-açúcar.
A glicose e a frutose são carboidratos ou glicídios, classificados como oses, pois
não sofrem hidrólise. Já a sacarose é um osídio, pois pode sofrer hidrólise. Ela é um
dissacarídeo, pois, ao reagir com a água, forma duas moléculas de oses, que são
exatamente a glicose e a frutose. Visto que essa é a reação inversa de sua formação, o
resultado da mistura de glicose e frutose é denominado açúcar invertido.[1]
Ele recebe denominação porque tem propriedade de girar a direção da propagação
da luz polarizada que atravessa um recipiente de água com sacarose, sofre um desvio para
a direita (dextrogira), e, quando a mistura é de água com açúcar invertido, o desvio é para
a esquerda (levógira). Tal reação ocorre em meio ácido H+ com a finalidade de acelerar a
reação, pois ela sem a presença do ácido é muito lenta.[2]
Figura 1: Hidrólise da sacarose para a formação do açúcar invertido.
Figura 2: Rotação em graus do plano de luz polarizada da sacarose, glicose e frutose.
4
Nesse cenário, a presença de íons H+, é requerida, já que a hidrólise da sacarose
em si é um processo lento, sendo necessária a ação de um catalisador. Ainda com relação
à hidrólise da sacarose, pode-se afirmar que se trata de uma reação de pseudo-primeira
ordem, já que é considerada uma concentração de água aproximadamente constante e
muito maior que a de sacarose em si.[3] Assim, pode-se inferir a constante da velocidade
da reação a partir de sua concentração inicial (a) e quantidade transformada (x) em certo
tempo (t), como é mostrado a seguir, já em sua forma integrada:
[equação 1]𝑘 = 1𝑡 . 𝑙𝑛
𝑎
𝑎 − 𝑥
Como a concentração de sacarose durante a reação se altera, já que o processo de
hidrólise está ocorrendo, lança-se mão de uma pequena adaptação na equação anterior,
levando em conta a rotação da luz em um plano polarizado gerada pela sacarose.
[equação 2]𝑘 = 1𝑡 . 𝑙𝑛
α0 − α∞
α𝑡 − α∞
α0, então, seria o ângulo observado no instante inicial da reação, αt, o ângulo
medido no instante t e α∞, o ângulo medido 48h após o início do processo, ou seja, depois
de finalizada a reação em questão.
Já que, experimentalmente, a rotação da luz no plano polarizado não pode ser
medida no exato instante inicial da reação, aproximam-se valores com base nas
concentrações da solução de sacarose sem entrar em contato com o catalisador da reação.
A constante de velocidade referente ao catalisador pode ser descrita como:
[equação 3]𝑘 = 𝑘
𝐻+
. (𝐻+)
Logo podemos representar a reação através da equação:
[equação 4]𝑘𝑡 = 𝑙𝑛(α0 − α∞) − 𝑙𝑛(α𝑡 − α∞)
A partir dos conhecimentos previamente abordados, é possível aplicar a cinética
no estudo da hidrólise da sacarose.
A utilização do íon H+, como catalisador, assim como o aumento da temperatura
são fatores que influenciam a velocidade da reação, possibilitando a determinação de α ∞.
5
2 OBJETIVO
A prática tem como objetivo fazer o estudo cinético da hidrólise sofrida pela sacarose e
determinar seu coeficiente de velocidade “k” desta reação catalisada por íons H+, através
de medidas do ângulo de rotação da luz polarizada do polarímetro passando pela solução.
3 MATERIAIS
● Polarímetro;
● Balão volumétrico de 25 mL;
● Tubo padrão polarimétrico;
● Pipetas volumétricas de 20 mL;
● Soluções aquosas de sacarose 20% e HCl 2,0 mol/L;
● Béqueres;
● Bastão de vidro;
● Sacarose;
● Água destilada;
● Chapa de aquecimento;
● Termômetro;
● Balança;
● Cronômetro;
● Pêra;
4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Foi calculada a quantidade de sacarose em gramas para preparar uma solução de
sacarose 20% em 25 mL.
Foi preparada a solução de sacarose e água destilada no béquer utilizando 20% de
sacarose (5,006g), dissolvendo o soluto por completo com a ajuda de um bastão de vidro a
solução foi transferida para um balão volumétrico de 25ml completando o volume com
água destilada até atingir o menisco.
6
O tubo padrão foi cheio com água destilada e o zero do aparelho foi determinado a
25ºC.
Em seguida o tubo padrão foi cheio com a solução de sacarose 20% e determinamos
o ângulo de rotação.
Utilizando uma pipeta volumétrica, foram medidos 20 mL de solução de HCl 2,0 mol/L e
foram misturados a 20 mL da solução de sacarose e neste instante, foi registrado o tempo
zero para iniciar as leituras.
Prosseguindo o tubo padrão foi lavado com um pouco da solução e em seguida foi
cheio com a mesma, de maneira que não ficaram bolhas de ar, pois as mesmas atrapalham
a leitura. O tubo no polarímetro foi colocado, e as leituras das medidas de rotação do
plano da luz polarizada se iniciaram, nos tempos indicados no quadro 1.
Com o auxílio de um cronômetro, a rotação foi lida em intervalos de 2 minutos
entre cada leitura. Ao final a mistura foi aquecida até ferver durante aproximadamente 15
minutos e resfriada até aproximadamente 25ºC e para finalizar o ângulo de rotação alfa
infinito foi lido.
No total foram feitas 10 leituras, nos tempos determinados para determinarmos o
corrigido e o último valor medido da rotação foi o α infinito.α𝑡
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Primeiramente, foi feita a medição da rotação da luz no plano polarizado referente
à água destilada para obter o desvio de leitura gerado pelo polarímetro, que nesse caso,
foi -1,6°. Esse valor foi o zero utilizado no experimento e ele foi descontado em todas as
leituras seguintes, a fim de minimizar os erros experimentais da prática, assim foi possível
determinar o αt corrigido os cálculos encontram-se em anexo.
Posteriormente, utilizando a solução preparada de sacarose 20%, obtivemos o
valor de 11,45° para a rotação da solução inicial de sacarose. Após isto, o HCl foi
adicionado à solução de sacarose 20% para que a hidrólise desejada se iniciasse. Dessa
forma, medimos sua rotação com uma periodicidade de dois em dois minutos, mas,
devido a dificuldade de medição alguns pontos coletados foram retirados pois
apresentaram valores divergentes, devido a isso houve intervalos maiores que dois
minutos, no quadro 1 é possível observar tal fato.
7
Foi observado também que a cada leitura feita das medidas de rotação do plano de
luz polarizada, o ângulo foi diminuindo, e solução que inicialmente era dextrógira tendia
a ser levógira devido a formação de frutose no decorrer da reação. De forma semelhante
obtivemos o valor da rotação da luz no plano polarizado no final da reação o que foi
chamado de α∞ com valor de (-3,8º).
Para isso, utilizamos dos princípios cinéticos, aquecendo a solução a fim de
aumentar sua velocidade de hidrólise, assim não seria necessário esperar 48 horas para
obter tal dado. A partir disso, foi calculado o valor do logarítmo natural da diferença da
rotação medida nas leituras de 1 a 10 e da rotação no fim da reação, conforme mostra o
quadro 1 e nas contas anexadas ao fim deste relatório.
Quadro 1: Medidas de desvio da luz polarizada da solução de sacarose em função do
tempo.
Leitura Tempo em
minutos
Rotação em
graus
(αt corrigido)
ln (αt - α∞)
1 5,48 6,5 2,33
2 7,40 5,7 2,25
3 8,57 5,65 2,25
4 10,02 5,15 2,19
5 17,38 4,60 2,13
6 18,65 4,55 2,12
7 21,63 4,25 2,08
8 23,7 4,15 2,07
9 25,28 3,95 2,05
10 28,05 3,50 1,99
8
Gráfico 1: : ln(∝t - ∝∞) x Tempo (minutos)
Comparando a equação da reta dada pelo gráfico y = -0,0127 t + 2,3577 e a
equação ln (∝t - ∝∞) = ln (∝0 - ∝∞) – kt, podemos notar que k coeficiente de velocidade,
é o próprio coeficiente angular da reta multiplicado por -1. Portanto a = k = 0,0127
minuto-1. Logo, o valor de k é o coeficiente de velocidade, que indica como a velocidade
varia de acordo com o tempo. Quanto maior o valor de k, mais rápido será consumido o
material de partida.
6 CONCLUSÃO
Através desta prática foi possível observar que a solução inicial se comporta como
dextrogira devido a presença da sacarose. Porém, na medida em que o tempo vai passando
o comportamento deixa de ser dextrógiro e tende a ser levógiro, pois a utilização de íons
H+ da solução de HCl acelera a reação de formação da glicose e frutose, fazendo com que
a presença da sacarose seja inexistente.
Foi possível analisar também a rotação de luz polarizada relacionando-a com a
cinética da reação de hidrólise de sacarose. Obtivemos o valor da constante de equilíbrio k
correspondente a 0,0127 e o valor do coeficiente de correlação igual a 0,9619. Este valor é
satisfatório, pois está bem próximo a 1.
Alguns erros durante a obtenção de dados experimentais podem ser decorrentes
principalmente da demora na leitura da rotação da luz polarizada por meio do polarímetro.
9
7 REFERÊNCIAS
FOGAÇA, J. R. V. Sacarose ou açúcar comum. 2017. [1]
TABRELI, A. O que é açúcar invertido?. 1993.[2]
Apostila de Laboratório de Físico-Química (QUI148), Instituto de Ciências Exatas,
Departamento de Química, Universidade Federal de Juiz de Fora. [3]
ATKINS, Peter et al. Físico química fundamentos. 6 . ed. [S. l.: s. n.], 2018.
CHANG, Raymond. Físico Química: Para as Ciências Químicas e Biológicas,
vol.1 e 2, 3ª Edição. Editora AMGH, 2009.
8 ANEXOS