Relatório_3_POLARIMETRIA_Grupo_5_LFQ

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<p>Relatório de Experimento</p><p>NOTA:</p><p>Lab. de Físico-Química – Turma: 03A</p><p>Título do experimento</p><p>POLARIMETRIA - CINÉTICA DA INVERSÃO DA SACAROSE</p><p>Data de realização do experimento: 08/02/2022</p><p>Grupo 5</p><p>Nome / Matrícula: Arthur Velardi Cerqueira 180062531</p><p>Nome / Matrícula: Danilo Almeida Barbosa Barros 150008457</p><p>Nome / Matrícula: Gabriel Santos Pessoa 170069354</p><p>Não escrever abaixo deste ponto – Uso exclusivo do professor</p><p>Data de entrega do relatório ______________</p><p>Cálculos e Resultados ( 4,0 ): ______________</p><p>Discussão ( 4,0 ): ______________</p><p>Conclusão ( 2,0 ): ______________</p><p>Referência: ( ) sim ( ) não</p><p>Pontos negativos por ausência de referência: ______________</p><p>Pontos negativos por atraso: ______________</p><p>Resultados (4,0)</p><p>Lab. de Físico-Química</p><p>- Relatar o(s) objetivo(s) do experimento.</p><p>- Apresentar todas as equações utilizadas para obter ou tratar os resultados, equações de ajustes,</p><p>valores apresentados em tabelas e gráficos, incluindo valores de constantes e suas unidades.</p><p>- Tabelas devem estar corretamente formatadas, colunas / linhas rotuladas com unidades consistentes.</p><p>- Valores médios e desvios padrão incluídos quando aplicável.</p><p>- Gráficos devem ser apresentados com escalas adequadas, rótulos e unidades nos eixos de</p><p>coordenadas.</p><p>O experimento tem como objetivo determinar a rotação específica da sacarose e da constante</p><p>de velocidade de sua hidrolise.</p><p>A inversão da sacarose é uma reação que se desenvolve muito lentamente em água pura. A</p><p>sacarose na presença de H+ sofre hidrólise formando glicose e frutose como visto na seguinte reação:</p><p>𝐶12𝐻22𝑂11𝑎𝑞⏟</p><p>𝑆𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑒</p><p>𝐻+</p><p>→ 𝐶6𝐻12𝑂6𝑎𝑞⏟</p><p>𝐺𝑙𝑖𝑐𝑜𝑠𝑒</p><p>+ 𝐶6𝐻12𝑂6𝑎𝑞⏟</p><p>𝐹𝑟𝑢𝑡𝑜𝑠𝑒</p><p>Para a sacarose, glicose e frutose temos os valores de rotação especifica:</p><p>Tabela 1. Rotação específica para Sacarose, Glicose e Frutose.</p><p>Composto Rotação Específica</p><p>Sacarose + 66,5 °</p><p>Glicose + 52,5 °</p><p>Frutose - 93,0 °</p><p>Pelos valores de rotação especifica temos que a sacarose é dextrogira, ou seja, o plano de luz</p><p>polarizado está desviado para a direita, enquanto que na mistura de glicose e frutose temos o</p><p>somatório de suas rotações especificas resultando em um valor negativo de rotação especifica, ou seja,</p><p>o plano de luz polarizado vai começar a desviar para a esquerda com o passar do tempo da reação. [1]</p><p>Então para estudarmos a cinética da reação de inversão da sacarose vamos utilizar um</p><p>polarímetro para medir a atividade óptica das substancias com base no tempo decorrido de reação, ou</p><p>seja, determinar o ângulo de rotação de rotação da luz polarizada.</p><p>Para iniciar foi medido o “branco”, que é o ângulo de rotação óptica da água destilada e vamos</p><p>chama-lo de α (solvente) (°). Em seguida é medido o ângulo de rotação óptica da sacarose diluída em</p><p>água, esse valor será considerado o tempo inicial da reação t = 0, pois há uma reação de hidrolise da</p><p>água com a sacarose, entretanto ela é muito lenta. É medido também o ângulo de rotação da sacarose</p><p>não diluída.</p><p>Após o procedimento foram obtidos:</p><p>Tabela 2. Medidas de ângulo de rotação para água, solução de sacarose e solução de sacarose diluída.</p><p>Ângulo</p><p>α (solvente) 0,02 °</p><p>α (sacarose) 26,4 °</p><p>α (sacarose, t=0) 13,04 °</p><p>Para a determinação dos volumes utilizados para preparar as soluções de HCl 2 M e 4 M foram</p><p>feitos os seguintes cálculos:</p><p>• Dados sobre HCl concentrado:</p><p>MM = 36,46 g.mol-1</p><p>d = 1,189 g.mL-1</p><p>Pureza = 38 %</p><p>• Para 2 M:</p><p>𝑣 = 50 𝑚𝐿𝑠𝑜𝑙 .</p><p>2 𝑚𝑜𝑙𝐻𝐶𝑙</p><p>1000 𝑚𝐿𝑠𝑜𝑙</p><p>.</p><p>36,46 𝑔𝐻𝐶𝑙</p><p>1 𝑚𝑜𝑙𝐻𝐶𝑙</p><p>.</p><p>1 𝑚𝐿𝐻𝐶𝑙</p><p>1,189 𝑔𝐻𝐶𝑙</p><p>.</p><p>100 𝑚𝐿𝑠𝑜𝑙.𝑒𝑠𝑡</p><p>38 𝑚𝐿𝐻𝐶𝑙</p><p>= 8,07 𝑚𝐿 𝑑𝑎 𝑠𝑜𝑙. 𝑒𝑠𝑡𝑜𝑞𝑢𝑒</p><p>• Para 4 M:</p><p>𝑣 = 50 𝑚𝐿𝑠𝑜𝑙 .</p><p>4 𝑚𝑜𝑙𝐻𝐶𝑙</p><p>1000 𝑚𝐿𝑠𝑜𝑙</p><p>.</p><p>36,46 𝑔𝐻𝐶𝑙</p><p>1 𝑚𝑜𝑙𝐻𝐶𝑙</p><p>.</p><p>1 𝑚𝐿𝐻𝐶𝑙</p><p>1,189 𝑔𝐻𝐶𝑙</p><p>.</p><p>100 𝑚𝐿𝑠𝑜𝑙.𝑒𝑠𝑡</p><p>38 𝑚𝐿𝐻𝐶𝑙</p><p>= 16,14 𝑚𝐿 𝑑𝑎 𝑠𝑜𝑙. 𝑒𝑠𝑡𝑜𝑞𝑢𝑒</p><p>Para o cálculo da Rotação Específica de Solução de Sacarose e Exatidão, são utilizados os</p><p>seguintes dados:</p><p>Tabela 3. Dados sobre a solução de Sacarose.</p><p>Dados Solução de Sacarose</p><p>Massa de Sacarose Pesada 10 g</p><p>MM Sacarose 342,3 g/mol</p><p>Temperatura 24,5 °C</p><p>Concentração 0,2 g/cm³</p><p>Comprimento da Cubeta 2 dm</p><p>Ângulo de Rotação Observado 26,4 °</p><p>Para calcular a rotação específica utilizamos a equação abaixo onde α representa o ângulo de</p><p>rotação observado em graus, c a concentração em g/cm3 e l o comprimento da cubeta em decímetros.</p><p>𝛼𝑡 =</p><p>𝛼</p><p>𝑐. 𝑙</p><p>𝛼𝑡 =</p><p>26,4</p><p>0,2 . 2</p><p>= 66</p><p>Figura 1. Poder Rotatório Específico da Sacarose em Temperaturas que variam de 4° a 40° C.[2]</p><p>Fazendo o cálculo de erro relativo podemos estimar a diferença do valor obtido</p><p>experimentalmente e o valor encontrado na literatura, como a temperatura experimental era de</p><p>24,5 °C foi utilizado o valor de 25 °C tabelado. Sendo que x é o valor de referência e x̅ é o valor</p><p>obtido.</p><p>𝐸𝑟𝑒𝑙 = |</p><p>�̅� − 𝑥</p><p>𝑥</p><p>| . 100%</p><p>𝐸𝑟𝑒𝑙 = |</p><p>66 − 66,476</p><p>66,476</p><p>| . 100% = 0,72%</p><p>Em seguida foram determinados pelo polarímetro os ângulos da reação da solução de sacarose</p><p>com HCl 2M e também com HCl 4M.</p><p>Tabela 4. Dados dos ângulos da reação da solução de sacarose com, a esquerda, 2 M e, a direita, 4M.</p><p>Tempo (minutos) Ângulo de Rotação (°) Tempo (minutos) Ângulo de Rotação (°)</p><p>5 11,87 5 8,89</p><p>10 10,67 10 5,79</p><p>15 9,64 15 3,45</p><p>20 8,80 20 1,64</p><p>25 7,66 25 0,25</p><p>30 7,05 30 -0,83</p><p>35 6,30 Infinito -4,22</p><p>40 5,56</p><p>Infinito -4,11</p><p>Devemos subtrair o ângulo de rotação α do solvente (H2O) do ângulo de rotação total para</p><p>obtermos apenas o da reação obtendo:</p><p>Tabela 5. Dados dos ângulos da reação corrigidos da solução de sacarose com, a esquerda, 2 M e, a direita, 4 M.</p><p>Tempo (minutos) Ângulo de Rotação (°) Tempo (minutos) Ângulo de Rotação (°)</p><p>5 11,85 5 8,87</p><p>10 10,65 10 5,77</p><p>15 9,62 15 3,43</p><p>20 8,78 20 1,62</p><p>25 7,64 25 0,23</p><p>30 7,03 30 -0,85</p><p>35 6,28 Infinito -4,24</p><p>40 5,54</p><p>Infinito -4,13</p><p>A partir dos valores vistos no polarímetro podemos afirmar que a reação de sacarose com HCl</p><p>4 M o ângulo de rotação diminui mais rápido do que com a reação de sacarose com HCl 2 M, ou seja,</p><p>com uma velocidade maior.</p><p>Para calcularmos a constante de velocidade da hidrolise da reação da sacarose utilizamos a</p><p>equação:</p><p>𝑘 = (</p><p>1</p><p>𝑡</p><p>) ln[𝑎/(𝑎 − 𝑥)] (1)</p><p>A partir do conjunto de ângulos de desvio do plano da luz polarizada pode-se reescrever a</p><p>equação acima em termos dos três últimos que são calculados, o termo 𝑎/(𝑎 − 𝑥) pode ser</p><p>substituído por valores proporcionais a 𝑎 e 𝑥 sem que isto altere o valor de 𝑘 . A vantagem dessa</p><p>substituição é que os cálculos envolvidos na determinação de 𝑘 são bastante simplificados[3]. Para tal,</p><p>as substituições de 𝑎 e 𝑥 por valores proporcionais são:</p><p>𝑎 ∝ [α(corr, t = 0) − α(corr, t</p><p>∞</p><p>)] = Desvio do plano da luz polarizada quando uma</p><p>quantidade de sacarose sofre hidrolise.</p><p>𝑥 ∝ [α(corr, t = 0) − α(corr, t)] = Desvio provocado quando uma quantidade x de</p><p>sacarose sofre hidrolise.</p><p>Então obteremos:</p><p>(𝑎 − 𝑥) ∝ [α(corr, t = 0) − α(corr, t</p><p>∞</p><p>)] − [α(corr, t = 0) − α(corr, t)]</p><p>(𝑎 − 𝑥) ∝ α(corr, t = 0) − α(corr, t</p><p>∞</p><p>) − α(corr, t = 0) + α(corr, t)]</p><p>(𝑎 − 𝑥) ∝ α(corr, t) − α(corr, t</p><p>∞</p><p>) (2)</p><p>Substituindo a equação 2 na equação 1 teremos:</p><p>𝑘 = (</p><p>1</p><p>𝑡</p><p>) ln{</p><p>[α(corr, t = 0) − α (corr, t</p><p>∞</p><p>)]</p><p>α(corr, t) − α (corr, t</p><p>∞</p><p>)</p><p>}</p><p>Isolando o termo kt e aplicando o ln em ambos os lados da igualdade, podemos reescrever em</p><p>uma equação de primeiro grau y = ax + b:</p><p>ln [α(corr, t) − α(corr, t</p><p>∞</p><p>)]</p><p>⏟</p><p>𝑦</p><p>= ln [α(corr, t = 0) − α(corr, t</p><p>∞</p><p>)]</p><p>⏟</p><p>𝑏</p><p>− 𝑘𝑡⏟</p><p>𝑎𝑥</p><p>Sendo:</p><p>α (solvente) = ângulo de desvio do plano da luz polarizada do H2O.</p><p>α (sol, t = 0) = o ângulo de desvio do plano da luz polarizada pela solução de sacarose para o</p><p>t = 0.</p><p>α (mix, t) = o ângulo do desvio do plano da luz polarizada pela mistura na reação para um</p><p>tempo t.</p><p>α (mix, t∞) = ângulo de desvio do plano da luz polarizada pela mistura no tempo t∞.</p><p>α (corr, t = 0) = α (sol, t=0) – α (solvente), corr = corrigido</p><p>α (corr, t) = α (mix, t) – α (solvente)</p><p>α (corr, t∞) = α (mix, t∞) – α (solvente)</p><p>Obtemos os seguintes valores para a reação com HCl 2 M:</p><p>Tabela 6. Acompanhamento da reação com HCl 2 M.</p><p>Tempo (minutos) 𝛂(𝐜𝐨𝐫𝐫, 𝐭) − 𝛂(𝐜𝐨𝐫𝐫, 𝐭</p><p>∞</p><p>) 𝐥𝐧 [𝛂(𝐜𝐨𝐫𝐫, 𝐭) − 𝛂(𝐜𝐨𝐫𝐫, 𝐭</p><p>∞</p><p>)]</p><p>5 15,98 2,77</p><p>10 14,78 2,69</p><p>15 13,75 2,62</p><p>20 12,91 2,56</p><p>25 11,77 2,47</p><p>30 11,16 2,41</p><p>35 10,41 2,34</p><p>40 9,67 2,27</p><p>∞ 0 0</p><p>Obtemos os seguintes valores para a reação com HCl 4 M:</p><p>Tabela 7. Acompanhamento da reação com HCl 4 M.</p><p>Tempo (minutos) 𝛂(𝐜𝐨𝐫𝐫, 𝐭) − 𝛂(𝐜𝐨𝐫𝐫, 𝐭</p><p>∞</p><p>) 𝐥𝐧 [𝛂(𝐜𝐨𝐫𝐫, 𝐭) − 𝛂(𝐜𝐨𝐫𝐫, 𝐭</p><p>∞</p><p>)]</p><p>5 13,11 2,57</p><p>10 10,01 2,30</p><p>15 7,67 2,04</p><p>20 5,86 1,77</p><p>25 4,47 1,50</p><p>30 3,39 1,22</p><p>∞ 0 0</p><p>Construindo um gráfico em função do tempo podemos determinar um acompanhamento da</p><p>reação em cada minuto.</p><p>Sendo:</p><p>x = t/min e y = ln[α(corr, t) - α(corr, t∞)]</p><p>O coeficiente angular (inclinação) da reta obtida nos gráficos é igual a -k.</p><p>Figura 2. Acompanhamento da reação da sacarose com HCl 2 M.</p><p>O valor de k para reação sacarose com HCl 2 M é de 0,014.</p><p>Figura 3. Acompanhamento da reação da sacarose com HCl 4 M.</p><p>O valor de k para reação sacarose com HCl 4 M é de 0,054.</p><p>y = -0,0143x + 2,8374</p><p>R² = 0,9984</p><p>2,00</p><p>2,10</p><p>2,20</p><p>2,30</p><p>2,40</p><p>2,50</p><p>2,60</p><p>2,70</p><p>2,80</p><p>2,90</p><p>0 5 10 15 20 25 30 35 40 45</p><p>ln</p><p>[α</p><p>(c</p><p>o</p><p>rr</p><p>,t</p><p>)-</p><p>α</p><p>(c</p><p>o</p><p>rr</p><p>,t</p><p>∞</p><p>)]</p><p>t (minutos)</p><p>Acompanhamento reação sacarose/HCl 2 M</p><p>y = -0,054x + 2,8452</p><p>R² = 1</p><p>1,00</p><p>1,20</p><p>1,40</p><p>1,60</p><p>1,80</p><p>2,00</p><p>2,20</p><p>2,40</p><p>2,60</p><p>2,80</p><p>3,00</p><p>0 5 10 15 20 25 30 35</p><p>ln</p><p>[α</p><p>(c</p><p>o</p><p>rr</p><p>,t</p><p>)-</p><p>α</p><p>(c</p><p>o</p><p>rr</p><p>,t</p><p>∞</p><p>)]</p><p>t (minutos)</p><p>Acpmpanhamento reação sacarose/HCl 4 M</p><p>Discussão (4,0)</p><p>Lab. de Físico-Química</p><p>- Comparar os resultados obtidos, individuais ou médios, com a literatura ou com valores de</p><p>referência devidamente citados.</p><p>- Justificar, na medida do possível, as observações em termos de conceitos e propriedades atômicas</p><p>e/ou moleculares.</p><p>- Buscar significado físico nas propriedades obtidas, quando não for evidente.</p><p>- Sugerir alteração no experimento para reduzir ou eliminar a principal fonte de erro detectada.</p><p>A partir dos valores vistos no polarímetro podemos afirmar que a reação de sacarose com HCl</p><p>4 M ocorre mais rápida do que com HCl 2 M. Para provar isso, encontramos os valores da constante</p><p>de velocidade das duas reações. Para a reação com HCl 2 M o valor de k encontrado foi de 0,014, e</p><p>para o HCl 4 M o valor de k é 0,054, ou seja, a constante de velocidade da segunda é maior que a</p><p>primeira, logo a reação ocorre de forma mais rápida com o HCl 4 M, confirmando o que já</p><p>esperávamos. Isso ocorre pois o HCl gera os íons H+ para a reação, que funciona como um catalisador,</p><p>e quando se aumenta a quantidade de catalisador, aumenta a velocidade da reação. Portanto, quanto</p><p>mais ácido há no meio reacional, mais H+ se têm disponível para realizar a quebra da sacarose.</p><p>Uma observação interessante a se fazer é que no tempo infinito, a reação já está finalizada, ou</p><p>seja, independente da velocidade da reação, se a quantidade de sacarose no início das duas reações</p><p>(com HCl 2M e 4M) era a mesma, no final toda ela já foi consumida, havendo apenas a glicose e a</p><p>frutose como produtos. Então a concentração final da mistura de glicose e frutose devem ser iguais</p><p>em ambas as reações. Ao olharmos a tabela 5 percebemos que o valor do ângulo de rotação corrigido</p><p>da reação com HCl 2 M no tempo infinito é igual a -4,13, e o valor do ângulo de rotação corrigido da</p><p>reação com HCl 4 M no tempo infinito é igual a -4,24. Os valores são próximos, confirmando que as</p><p>concentrações finais dos produtos são próximas entre as duas reações. Além disso, como a mistura</p><p>entre glicose e frutose é levógira, o resultado do ângulo de rotação no final da reação deve ser negativo,</p><p>o que realmente acontece em ambos os casos.</p><p>Conclusão ( 2,0 )</p><p>Lab. de Físico-Química</p><p>- Apresentar os principais resultados obtidos.</p><p>- Sintetizar as relações mais relevantes verificadas.</p><p>- Conectar com os objetivos do experimento.</p><p>Importante: O experimento ou o aparato experimental utilizado não estão sob análise.</p><p>Como resultado do experimento, pôde-se determinar a constante de velocidade (k) da reação</p><p>da inversão da sacarose em duas condições: reagindo com HCl 2 M, e HCl 4 M. Obteve-se um valor</p><p>maior para o k quando usado o HCl 4 M, o que indica que a reação ocorre de maneira mais rápida.</p><p>Foi calculada também a rotação específica para a solução de sacarose, obtendo um valor de ângulod</p><p>e rotação muito próximo ao da literatura</p><p>Pôde-se também perceber como analisar o progresso de reação através de um polarímetro,</p><p>sabendo que a inversão da sacarose inicia com um reagente dextrógiro, sacarose, e finaliza com uma</p><p>mistura de produtos (frutose + glicose) levógira.</p><p>É importante perceber que os valores de ângulo de rotação é o que nos dá a informação do</p><p>progresso dessa inversão. Ao término desta reação (tempo infinito) esse ângulo atinge valores</p><p>negativos, devido ao fato da soma entre as rotações específicas da frutose e glicose ser um valor</p><p>negativo.</p><p>Referências</p><p>Lab. de Físico-Química</p><p>- Somente incluir referências efetivamente utilizadas, todas as referências incluídas devem estar</p><p>citadas no texto, dados, tabelas, fórmulas e/ou gráficos onde foram utilizadas.</p><p>- Referências da internet devem conter o link completo utilizado e data.</p><p>[1] “Isomeria espacial óptica" em Só Química. Virtuous Tecnologia da Informação, 2008-2022. Disponível na Internet</p><p>em http://www.soquimica.com.br/conteudos/em/isomeria/p5.php. Acesso em: 13 fev. 2022.</p><p>[2] Wiley, H.W., 1899. THE INFLUENCE OF TEMPERATURE ON THE SPECIFIC ROTATION OF SUCROSE</p><p>AND METHOD OF CORRECTING READINGS OF COMPENSATING POLARISCOPES THEREFOR. Journal</p><p>of the American Chemical Society 21, 568–596.. doi:10.1021/ja02057a002</p><p>[3] PEREIRA, J. A. POLARIMETRIA DE SOLUÇÕES DE AÇÚCARES Determinação da rotatividade óptica da</p><p>sacarose e cinética de mutar minação da rotatividade óptica da sacarose e cinética de mutar minação da</p><p>rotatividade óptica da sacarose e cinética de mutarrotação da rotação da D-glucose -glucose. 2013. Disponível em:</p><p>https://repositorio-aberto.up.pt/bitstream/10216/72434/2/44626.pdf. Acesso em: 13 fev. 2022.</p><p>http://www.soquimica.com.br/conteudos/em/isomeria/p5.php</p><p>https://repositorio-aberto.up.pt/bitstream/10216/72434/2/44626.pdf</p>