Relatório Prática 2 - cinética

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<p>UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS</p><p>INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS</p><p>DEPARTAMENTO DE QUÍMICA</p><p>Disciplina: Cinética Química</p><p>PRÁTICA Nº 2</p><p>Determinação dos parâmetros de Arrhenius da reação de redução do persulfato de potássio pelo íon iodeto em meio aquoso</p><p>Relatório apresentado à disciplina de Cinética Química do curso de Bacharelado em Química Tecnológica da UFMG.</p><p>Docente: Marcelo Machado Viana</p><p>BELO HORIZONTE</p><p>30/09/2020</p><p>1. OBJETIVOS</p><p>· Determinar os parâmetro de Arrhenius da reação química de oxirredução do persulfato e iodeto, através de sua constante de velocidade em diferentes temperaturas.</p><p>2. INTRODUÇÃO</p><p>Existe uma correlação entre a temperatura e a velocidade de uma reação, que é observada experimentalmente. Esta observação experimental levou a criar a teoria das colisões, onde afirma que para uma reação ocorrer, é necessário que haja uma colisão com uma determinada energia mínima e orientação para que o produto se forme. Essa energia mínima é a energia de ativação, que é a energia necessária para que uma reação química se inicie.</p><p>Como a lei de velocidade é definida pela concentração dos reagentes e a constante de velocidade, infere-se que a velocidade altera o valor da constante, como definido pela equação de Arrhenius.</p><p>Onde A é fator de frequência, Ea é a energia de ativação para esta reação, R a constante universal dos gases, e T a temperatura. Que pode ser vista na sua forma linearizada</p><p>Para este experimento, se avaliou a reação de redução do persulfato, uma reação de cinética de segunda ordem:</p><p>Porém, esta reação vai se comportar como uma reação de pseudo-primeira ordem, com a formação de uma reação competitiva, a reação de oxidação do tiossulfato que converte o iodo formado em iodeto novamente.</p><p>Como esta reação apresenta uma cinética mais rápida do que a reação que se quer avaliar, a quantidade de iodeto praticamente não varia, logo é possível a constante k’ através da equação:</p><p>Para determinar que todo o reagente limitante, no caso o perssulfato, se adicionou ao sistema uma solução de amido, para identificar a formação de iodo. Como a reação competitiva é mais rápida que a reação do persulfato, o iodo será detectado apenas quando todo o composto for consumido. Logo, o tempo gasto da adição dos reagentes até a solução adquirir coloração azulada é o tempo que será utilizado para se determinar o valor de k’.</p><p>Colocando as duas reações, e se obtendo a reação global:</p><p>Pode-se perceber que 1 mol de persulfato reagem com 2 mols de tiossulfato, ambos os valores são conhecidos, uma vez que são os valores que foram adicionados, é possível calculá-los através das equações:</p><p>Com isto, é possível se determinar as quantidades iniciais e finais de persulfato, obtendo-se o valor de k’. Obtendo-se esse valor para diferentes temperaturas, é possível se determinar a reta descrito pela Equação 2, dessa maneira se obtendo os valores dos parâmetros de Arrhenius para esta equação .</p><p>3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL</p><p>Iniciou-se o experimento ao se adicionar ao Tubo 1 20 mL da solução de iodeto de potássio (0,5 mol.L-1) e 10 mL da solução de tiossulfato de sódio (0,01 mol.L-1). Ao Tubo 2, adicionou-se 20 mL da solução da solução de persulfato de sódio (0.01 mol.L-1) e 4 gotas da solução de amido. Os dois tubos foram colocados em um banho de gelo e água há aproximadamente 10 ºC, onde foram mantidos sob agitação até atingirem o equilíbrio térmico. Assim que foi atingido o equilíbrio, se adicionou o conteúdo do Tubo 1 ao Tubo 2, acionando o cronômetro e agitando seu conteúdo, até que a mistura adquiriu uma coloração azulada. Se repetiu esse processo, para as temperaturas do banho a 15, 20, 25 e 30 ºC. Com esses valores, foi possível se realizar o cálculo das constantes de velocidade, e através deles, a obtenção dos valores dos parâmetro de Arrhenius.</p><p>4. RESULTADOS E DISCUSSÃO</p><p>Através dos valores obtidos experimentalmente foi possível construir a Tabela 1:</p><p>Tabela 1 Tabela do tempo de reação para respectiva temperatura da reação</p><p>Tempo / s</p><p>Temperatura / oC</p><p>1</p><p>477</p><p>10</p><p>2</p><p>322</p><p>15</p><p>3</p><p>219</p><p>20</p><p>4</p><p>142</p><p>25</p><p>5</p><p>110</p><p>30</p><p>Com os valores obtidos, e através da Equação 5, se calculou o valor de k’, de 1/T e do logaritmo de k’, como pode ser observado na Tabela 2:</p><p>Tabela 2 Tabela do tempo de reação para respectiva temperatura da reação, o seu valor inverso, a constante de velocidade k' e seu logaritmo neperiano</p><p>Tempo / s</p><p>Temperatura / oC</p><p>T-1 / K-1</p><p>k' / s</p><p>ln k'</p><p>1</p><p>477</p><p>10</p><p>0,00353</p><p>0,0006</p><p>-7,4134</p><p>2</p><p>322</p><p>15</p><p>0,00347</p><p>0,00089</p><p>-7,0205</p><p>3</p><p>219</p><p>20</p><p>0,00341</p><p>0,00131</p><p>-6,635</p><p>4</p><p>142</p><p>25</p><p>0,00336</p><p>0,00203</p><p>-6,2017</p><p>5</p><p>110</p><p>30</p><p>0,00330</p><p>0,00262</p><p>-5,9464</p><p>Através desses valores, pode-se observar que com o aumento da temperatura, tem-se um menor tempo e maior valor de k’, o que indica que a temperatura contribuí para o aumento da velocidade desta reação, como é esperado para a grande maioria das reações conhecidas. Com os valores de 1/T e com o de logaritmo neperiano de k’, se construiu o gráfico abaixo:</p><p>Figura 1 Gráfico do logaritmo neperiano da constante de velocidade em função do inverso da Temperatura da reação</p><p>Como pode ser observado, foi obtido a equação da reta descrita como:</p><p>Em comparação com a equação 2, é possível se observar que o valor de ln A, é 15,3782, onde o valor do fator de frequência é . Já o valor de energia de ativação calculado é de 53,644 kJ.</p><p>Estes valores podem não ser tão coerentes quanto a realidade, uma vez que há algumas prováveis fontes de erro na coleta de informações, como erro na hora de determinar o tempo, a concentração dos reagentes não ser mais a informada no rótulo, as quantidades adicionadas podem variar, entre outros. Todas essas fontes de erro contribuem para um erro relativo, e como trata-se de uma equação logarítmica, qualquer erro pode resultar em grandes diferenças.</p><p>5. CONCLUSÃO</p><p>Portanto, é possível se concluir que foi possível se obter os valores dos parâmetros de Arrhenius para esta reação, através do valor de k’. Ainda foi possível se observar a dependência da temperatura para o valor da constante, que aumentou conforme a temperatura aumentava. Estes dados corroboram com a teoria das colisões previamente apresentada.</p><p>6. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA</p><p>ATKINS, P.; DE PAULA, J. Físico-química: Volume 2. 8ª Edição. Rio de Janeiro: LTC, 2012. p. 216-248.</p><p>APÊNDICE – Cálculos Efetuados na Prática</p><p>· Cálculo da quantidade de matéria do persulfato inicial</p><p>· Cálculo da quantidade de matéria do tiossulfato inicial</p><p>· Cálculo da quantidade de matéria do persulfato final</p><p>· Razão entre quantidade inicial e final</p><p>· Cálculo de k’ para 10 ºC</p><p>· Cálculo de k’ para 15 ºC</p><p>· Cálculo de k’ para 20 ºC</p><p>· Cálculo de k’ para 25 ºC</p><p>· Cálculo de k’ para 30 ºC</p><p>· Cálculo do coeficiente de frequência</p><p>· Cálculo da energia de ativação</p><p>image2.png</p><p>image1.jpg</p>