Relatório Prática concentração 1 - Fisico química 2 UFOP

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO - UFOP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E BIOLÓGICAS - ICEB
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA - DEQUI
RELATÓRIO DE FÍSICO-QUÍMICA II
PRÁTICA 8: CINÉTICA:EFEITO DE CONCENTRAÇÃO
BRIGITTE DISHIN ARAÚJO FERNANDES
THAIS MARIANA CORDEIRO DE SOUZA
OURO PRETO 2024
TRABALHO PRÁTICO Nº 8
CINÉTICA QUÍMICA DE UMA REAÇÃO IÔNICA - PARTE 1: EFEITO DA
CONCENTRAÇÃO - determinação da constante de velocidade da reação
química
1. Introdução
Em uma reação química, ocorre um aumento da concentração dos produtos e
uma concomitante diminuição da concentração dos reagentes. Este efeito de variação de
concentração em função do tempo de reação pode ser avaliado por meio da
determinação da velocidade da reação.
Um exemplo a ser considerado é a reação entre o íon perssulfato e o íon iodeto. A
estequiometria entre os íons desta reação é dada na equação química seguinte:
S2O28− + 2I− → 2SO24− + I2 (1)
íon perssulfato íon iodeto íon sulfato iodo
A lei de velocidade de uma reação, a qual é determinada experimentalmente,
descreve como a velocidade depende das concentrações dos reagentes.
A lei de velocidade genérica para a reação em estudo pode ser escrita como:
v = k [S2O28−]x[I−]y (2)
Esta lei mostra que a reação em questão é de segunda ordem, onde k é a constante
de velocidade da reação. A ordem global da reação é dada pela soma dos expoentes x e y
que, neste caso, ambos são 1. Os valores de k e dos expoentes x e y só podem ser
determinados experimentalmente a partir do estudo da velocidade da reação, não sendo,
portanto, procedente da estequiometria da equação química balanceada. A expressão de
velocidade da reação em estudo é dada pela equação 3.
v = k2[S2O28−][I−] (3)
onde k2 é a constante de velocidade da reação de segunda ordem.
Se a concentração do íon iodeto for mantida constante, e maior que a
concentração do íon perssulfato, a reação passa a ser de pseudoprimeira ordem em
relação ao íon perssulfato.
𝑣 = 𝑘1[𝑆2𝑂82−] (4)
sendo k1 a constante de velocidade da reação de pseudoprimeira ordem.
𝑘1
𝑘2
=
[𝐼−] (5)
➢ Concentração versus tempo: equação cinética
A equação que relaciona concentração de reagente e tempo de reação é a equação
integrada da velocidade. Esta equação é diferente para cada ordem de reação. Para uma
reação de primeira ordem, a equação de velocidade é:
[A]0
ln ( [A] ) = ak1t (6)
onde: [A]0 é a concentração inicial do reagente A.
[A] é a concentração em algum tempo depois que a reação começou. t é
o tempo decorrido para atingir a [A]. a representa o coeficiente do
reagente A na equação química balanceada.
Para a reação em estudo, onde A é o íon perssulfato, observa-se na equação 1 que
a = 1, assim a equação cinética será:
1 [A]o k1
=
t ln
(
[A]o−x) (7)
a qual pode ser escrita na forma:
𝑙𝑛 ([𝐴]0− 𝑥) = −𝑘1𝑡 + 𝑙𝑛 [𝐴]0 (8)
onde: [A]o é a concentração do íon perssulfato [S2O82-] no início da reação.
x é a concentração do íon perssulfato consumida no tempo de reação.
([A]o - x) é a concentração do íon perssulfato presente no tempo de reação.
t é o tempo de reação.
k é a constante da reação de pseudoprimeira ordem.
O tempo necessário para que a concentração inicial [A]o seja reduzida à metade é
chamado de tempo de meia vida, t ½. Para uma reação de primeira ordem, t1/2 é igual a:
0,693
t1/2
=
k1 (9)
➢ Reações químicas que ocorrem no meio reacional
- Reação química acompanhada no estudo cinético:
S2O28− + 2I− → 2SO24− + I2 (10) íon
perssulfato íon iodeto íon sulfato iodo
- Reação que ocorre para manter constante a concentração do íon iodeto:
2S2O23− + I2 → S4O26− + 2I− (11)
íon tiossulfato iodo íon tetrationato íon iodeto
❖ A reação acima é importante nos seguintes aspectos:
o Para manter constante a concentração do íon iodeto, pois enquanto existir o íon
tiossulfato este reagirá com o iodo, regenerando, rapidamente, o íon iodeto.
o Para controlar o tempo de reação em estudo, limita-se o consumo do íon
perssulfato, o qual deve ter sua concentração igual à metade da concentração do
íon tiossulfato.
o Quando o íon tiossulfato for consumido completamente, o iodo livre permanecerá
na solução e será detectado pela reação com o amido, determinando o ponto final.
-Reação que determina o momento em que a reação deve finalizar:
𝐈−+ 𝐈𝟐→ 𝐈𝟑−
I3− + amido → complexo de cor azul (12)
íon triiodeto  - amilose
O iodo presente na solução aquosa, contendo íon iodeto, tem uma cor amarelo
castanha intensa, que é visível mesmo com grande diluição. O próprio iodo poderia
servir de indicador, mas o uso de um indicador (amido), proporciona uma detecção mais
sensível do ponto final. O iodo livre é detectado pela reação com amido.
O amido é uma substância formada principalmente por dois componentes
macromoleculares, a amilose (-amilose) e a amilopectina (-amilose). O íon triiodeto
forma, com a amilose, complexos de adsorção com coloração azul intensa. Com a
amilopectina, ele forma um complexo de coloração violácea.
Este trabalho prático tem como objetivo determinar as constantes de velocidade
de uma reação química iônica.
2. Parte Experimental
2.1 Materiais
8 tubos de ensaio grandes
2 pipetas volumétricas de 10 mL
2 pipetas graduadas de 10 mL
Solução 0,005 mol.L-1 de tiossulfato de sódio (Na2S2O3)
Solução estoque 0,01 mol.L-1 de perssulfato de potássio (K2S2O8)
Solução estoque 0,50 mol.L-1 de iodeto de potássio (KI)
Solução de amido (recém preparada)
Termômetro
Cronômetro
Banho termostático à temperatura de 25,0ºC
3. Procedimento
Ajustar o banho à temperatura de 25,0ºC.
Enumerar os tubos de ensaio (1 e 2). Utilizando pipetas adequadas, transferir para
os tubos 1 e 2 os volumes das soluções indicadas na Tabela 1, para a condição A.
Colocar o termômetro no tubo 2, em seguida, levar os dois tubos de ensaio para o
interior do banho de água e aguardar o tempo necessário para que os mesmos entrem
em equilíbrio térmico (25,0ºC).
Mantendo o tubo 2 no banho, adicionar, rapidamente, o conteúdo do tubo 1 no
tubo 2 (Figura 1) e acionar, simultaneamente, o cronômetro. Agitar a mistura com o
termômetro. A temperatura deve ser mantida constante durante todo o tempo.
Parar o cronômetro assim que a solução presente no tubo 2 tornar-se levemente
azul. Anotar o tempo na Tabela 2.
Repetir o procedimento descrito para as outras condições (B, C e D).
TABELA 1: Volumes, em mL, das soluções utilizadas na preparação dos tubos 1 e 2, nas
diferentes condições e na temperatura de 25,0 oC.
TUBO 1 TUBO 2
Condição Íon tiossulfato0,005 mol.L-1 Água
Íon iodeto
0,5 mol.L-1
Íon perssulfato
0,01 mol.L-1 Amido
A 1 ml 4ml 5 ml 5 ml 3 gotas
B 2ml 3ml 5ml 5ml 3 gotas
C 3,5ml 1,5ml 5ml 5ml 3 gotas
D 5ml ---- 5ml 5ml 3 gotas
3. Apresentação e Discussão dos Resultados
Cálculo das concentrações dos íons no início da reação:
TABELA 2: Valores das concentrações, em mol.L-1, dos íons tiossulfato, iodeto e
perssulfato e tempo de reação, à temperatura de 25,0 oC.
Condiçã
o Tempo
/s
Íon tiossulfato íon
iodeto
íon perssulfato
[A]o [x] [A]o [A]o [x] [[A]o – x] ln [[A]o – x]
A 57 0,00033 0,00033 0,16667 0,00333 0,000165 0,003165 -5,76
B 120 0,00067 0,00067 0,16667 0,00333
0,000335
0,002995 -5,81
C 220 0,00117 0,00117 0,16667 0,00333
0,000585
0,002745 -5,90
D 318
0,00167 0,00167
0,16667 0,00333 0,000835 0,002495 -5,99
NOTA: [A]o no início da reação, [x] concentração do íon consumido durante o tempo de
reação e [(A)o – x] do íon no final do tempo de reação.
Construir um gráfico de ln [(A)o – x] em função do tempo de reação. Traçar a curva que
melhor se ajuste aos pontos experimentais e interpretar o resultado.
Calcular os valores dos coeficientes angular e linear da reta, escrever a equação da reta
obtida, de acordo com a equação 8. Esta equação corresponde à reação química de
pseudoprimeira ordem.
A partir do gráfico, calcular a concentração inicial do íon perssulfato e o tempo de meia
vida da reação. Calcular a constante de velocidade da reação de segunda ordem, k2, de
acordo com a equação 5.
Foi possível determinar os valores do coeficiente angular:-0,0009 e linear:-5,7067
Equação da reta :y = -0,0009t - 5,7067