T01_Laíse_Sílvia_exp06

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<p>1</p><p>UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE</p><p>CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA</p><p>UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA QUÍMICA</p><p>Experimento 6: ESTUDO DA VELOCIDADE DE HIDRATAÇÃO DO ANIDRIDO ACÉTICO</p><p>– LEI DA VELOCIDADE INTEGRADA</p><p>Docente: Laíse Sílvia da Silva Pinto</p><p>Discente: Eudésio Oliveira Vilar</p><p>Laboratório de Engenharia Química I</p><p>16/12/2022</p><p>Campina Grande – PB</p><p>2</p><p>Sumário</p><p>1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 5</p><p>2. MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................................ 6</p><p>2.1 MATERIAIS ..................................................................................................................... 6</p><p>2.2 MÉTODOS ...................................................................................................................... 7</p><p>3. RESULTADOS E DISCURSSÃO ....................................................................................... 8</p><p>4. CONCLUSÃO ..................................................................................................................... 11</p><p>BIBLIOGRAFIA</p><p>3</p><p>LISTA DE FIGURAS</p><p>Figura 1 – Gráfico da condutividade em função do tempo ........................................................ 5</p><p>Figura 2 – Condutivímetro Digimed, modelo DM3 ................................................................... 6</p><p>Figura 3 – Anidrido acético P.A. (glacial) ................................................................................. 7</p><p>Figura 4 – Gráfico de ordem 1 para os dados do ensaio 1 ......................................................... 9</p><p>Figura 5 – Gráfico de ordem 1 para os dados do ensaio 2 ....................................................... 10</p><p>4</p><p>LISTA DE TABELAS</p><p>Tabela 1 – Dados das quantidades de água destilada e anidrido acético .................................... 7</p><p>Tabela 2 – Condutividade da água destilada para o ensaio 1 ..................................................... 8</p><p>Tabela 3 – Dados de tempo e condutividade da reação .............................................................. 8</p><p>Tabela 4 – Dados de condutividade da reação para obtenção da constante de velocidade no</p><p>primeiro ensaio ........................................................................................................................... 9</p><p>Tabela 5 – Condutividade da água destilada para o ensaio 2 ................................................... 10</p><p>Tabela 6 – Dados de condutividade da reação para obtenção da constante de velocidade no</p><p>segundo ensaio .......................................................................................................................... 10</p><p>5</p><p>1. INTRODUÇÃO</p><p>A cinética de uma reação pode ser estudada por métodos simples de análise,</p><p>como por exemplo, titulação, condutimetria, espectrofotometria, entre outros. É</p><p>possível avaliar o avanço da reação destes citados anteriormente. O método da</p><p>condutividade elétrica é um método eletroquímico de análise, onde se utiliza o</p><p>condutivímetro através de medidas da condutância de um sistema, onde para o estudo</p><p>da cinética de uma reação, é medido a condutância da reação que está ocorrendo.</p><p>Com os dados obtidos, avalia-se a constante de velocidade da reação e a ordem</p><p>dela. Porém, com a lei da velocidade integrada, supõe-se a ordem para testar se o modelo</p><p>se encaixa ou não nos dados. Dessa forma, o método consiste em medir a condutância</p><p>durante a reação, sem a necessidade de retirar alíquotas do sistema operacional.</p><p>Figura 1 – Gráfico da condutividade em função do tempo.</p><p>Fonte: Apostila de Lab. de Eng. Química.</p><p>Pode-se acompanhar a reação do anidrido acético (equação 1) pela formação do</p><p>ácido acético como também pelo aumento da condutância do sistema reacional.</p><p>𝐶4𝐻6𝑂2 + 2𝐻2𝑂 → 2𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 + 2𝐻+ 𝐸𝑞. (1)</p><p>A reação é considerada pseudomolecular (1ª ordem) em virtude da concentração</p><p>da água ser considerada constante durante toda a reação. Sendo assim, pode-se fazer as</p><p>seguintes manipulações:</p><p>−</p><p>𝑑[𝐴]</p><p>𝑑𝑡</p><p>= 𝑘[𝐴] 𝐸𝑞. (2)</p><p>𝑠𝑒𝑛𝑑𝑜: 𝑎 = [𝐴]0 ; 𝑎 − 𝑥 = [𝐴] 𝑛𝑜 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑡. 𝐸𝑞. (3)</p><p>Integrando a equação (2), tem-se:</p><p>∫</p><p>𝑑[𝐴]</p><p>[𝐴]</p><p>= −𝑘 ∫ 𝑑𝑡 𝐸𝑞. (4)</p><p>6</p><p>ln[𝐴] = −𝑘𝑡 + 𝑐1 𝐸𝑞. (5)</p><p>Aplicando as condições de contorno:</p><p>𝑡 = 0 → [𝐴] = [𝐴]0 ∴ 𝑐1 = ln[𝐴]0</p><p>Assim:</p><p>ln[𝐴] = −𝑘𝑡 + ln[𝐴]0 ∴ ln [</p><p>[𝐴]0</p><p>[𝐴]</p><p>] = 𝑘𝑡 𝐸𝑞. (6)</p><p>Aplicando a equação (3) na equação (6), tem-se:</p><p>ln [</p><p>𝑎</p><p>𝑎 − 𝑥</p><p>] = 𝑘𝑡 𝐸𝑞. (7)</p><p>De acordo com a figura 1, pode-se substituir os valores de ‘a’ e ‘x’ na equação</p><p>(7). Sendo assim:</p><p>ln [</p><p>|Kw − |K0</p><p>(|Kw − |K0) − (|Kt − |K0)</p><p>] = 𝑘𝑡 𝐸𝑞. (8)</p><p>ln [</p><p>|Kw − |K0</p><p>|Kw − |Kt</p><p>] = 𝑘𝑡 𝐸𝑞. (9)</p><p>onde,</p><p>IK0: condutividade específica no tempo inicial (t=0);</p><p>IKt: condutividade específica no tempo t;</p><p>IKw: condutividade específica no final do processo.</p><p>2. MATERIAIS E MÉTODOS</p><p>2.1 MATERIAIS</p><p>• Condutivímetro - Digimed, modelo DM 3;</p><p>Figura 2 – Condutivímetro Digimed, modelo DM3.</p><p>Fonte: Elaborado pelo autor.</p><p>• Célula de condutividade;</p><p>• Cronômetro;</p><p>7</p><p>• Pipeta;</p><p>• Becker;</p><p>• Câmera de celular;</p><p>• Beckers;</p><p>• Agitador;</p><p>• Água destilada;</p><p>• Anidrido acético P.A. (glacial) (C2H4O2) → Marca – Vetec.</p><p>Figura 3 - Anidrido acético P.A. (glacial).</p><p>Fonte: Elaborado pelo autor.</p><p>2.2 MÉTODOS</p><p>Inicialmente, colocou-se a célula de condutividade em um bécker com água</p><p>destilada, com a presença de um agitador. Este procedimento foi feito para obter a</p><p>condutividade da água destilada (IK0), por meio do condutivímetro. Assim, foi</p><p>colocado o volume de água destilada presente na tabela 1.</p><p>Com a condutividade da água destilada medida, foi misturado um volume</p><p>(indicado na tabela 1) de anidrido acético e foi gravado um vídeo para observar a</p><p>variação da condutividade em função do tempo, até que esta condutividade seja</p><p>constante (IKw). Assim, foi repetido para o ensaio 2, feito posteriormente.</p><p>Tabela 1 – Dados das quantidades de água destilada e anidrido acético.</p><p>Ensaio Volume do Anidrido Acético (mL) Volume da água destilada (mL) Volume Total (mL)</p><p>1 3 97 100</p><p>2 5 95 100</p><p>Fonte: Elaborado pelo autor.</p><p>8</p><p>3. RESULTADOS E DISCUSSÃO</p><p>Para a obtenção do objetivo deste experimento, foram medidos os tempos da</p><p>condutividade enquanto ocorria a reação da hidratação do anidro acético. Para o</p><p>primeiro ensaio, foi medida a condutividade da água destilada (Tabela 2) para obter a</p><p>condutividade residual.</p><p>Tabela 2 – Condutividade da água destilada para o ensaio 1.</p><p>Ensaio 1</p><p>Condutividade da água destilada (µS/cm)</p><p>4,43</p><p>Fonte: Elaborado pelo autor.</p><p>Com isso, foram medidas as diferentes condutividades durante o tempo de</p><p>reação, mostrados na Tabela 3 a seguir.</p><p>Tabela 3 – Dados de tempo e condutividade da reação.</p><p>t (s) K (μS.cm-1)</p><p>0 498</p><p>3 587</p><p>6 599</p><p>9 603</p><p>12 604</p><p>15 591</p><p>18 609</p><p>21 610</p><p>24 613</p><p>27 619</p><p>Fonte: Elaborado pelo autor.</p><p>Diminuindo o valor da condutividade pelo valor da condutividade da água</p><p>destilada (residual), tem-se então a condutividade do anidro acético (Kt). Assim, para</p><p>atender a equação (9), foram feitos cálculos com os valores medidos, sendo eles testados</p><p>para ordem 1.</p><p>9</p><p>Tabela 4 – Dados de condutividade da reação para obtenção da constante de</p><p>velocidade no primeiro ensaio.</p><p>Primeiro ensaio</p><p>t (s) K (μS cm-1) Kt (Kw - K0) (Kw - Kt) Ln(Kw - K0/Kw - Kt)</p><p>0 498 493,57 121 121 0</p><p>3 587 582,57 - 32 1,330054643</p><p>6 599 594,57 - 20 1,800058272</p><p>9 603 598,57 - 16 2,023201823</p><p>12 604 599,57 - 15 2,087740344</p><p>15 591 586,57 - 28 1,463586035</p><p>18 609 604,57 - 10 2,493205453</p><p>21 610 605,57 - 9 2,598565968</p><p>24 613 608,57 - 6 3,004031076</p><p>27 619 614,57 - 0 -</p><p>Fonte: Elaborado pelo autor.</p><p>Com a expressão do logaritmo neperiano presente na tabela 4, pode-se plotar</p><p>um gráfico em função do tempo da reação. Assim tem-se:</p><p>Figura 4 – Gráfico de ordem 1 para os dados do ensaio 1.</p><p>Fonte: Elaborado pelo autor.</p><p>Com o gráfico plotado e conhecendo sua equação da reta, é possível obter</p><p>então sua constante de velocidade, sendo ela o coeficiente angular desta equação.</p><p>Portanto:</p><p>y = 0,0925x + 0,7568</p><p>R² = 0,7409</p><p>0</p><p>0,5</p><p>1</p><p>1,5</p><p>2</p><p>2,5</p><p>3</p><p>3,5</p><p>0 5 10 15 20 25 30</p><p>LN</p><p>(K</p><p>Ω</p><p>-</p><p>K</p><p>0</p><p>/K</p><p>Ω</p><p>-</p><p>K</p><p>Ω</p><p>T)</p><p>T (S)</p><p>ENSAIO 1</p><p>10</p><p>ln [</p><p>|Kw − |K0</p><p>|Kw − |Kt</p><p>] = 𝑘𝑡</p><p>𝑦 = 0,0925𝑥 + 0,7568</p><p>𝑘 = 0,0925 𝑠−1</p><p>Da mesma forma, para o segundo ensaio forma coletados os dados de</p><p>condutividade da água e da reação (Tabelas 5 e 6).</p><p>Tabela 5 – Condutividade da água destilada para o ensaio 2.</p><p>Ensaio 2</p><p>Condutividade da água destilada (µS/cm)</p><p>64,7</p><p>Fonte: Elaborado pelo autor.</p><p>Tabela 6 – Dados de condutividade da reação para obtenção da constante de</p><p>velocidade no segundo ensaio.</p><p>Segundo ensaio</p><p>t (s) K (μS cm-1) Kt (Kw - K0) (Kw - Kt) Ln(Kw - K0/Kw - Kt)</p><p>0 497 432,3 281 281 0</p><p>1 680 615,3 - 98 1,053387191</p><p>4 755 690,3 - 23 2,502860453</p><p>7 771 706,3 - 7 3,69244452</p><p>10 772 707,3 - 6 3,8465952</p><p>13 776 711,3 - 2 4,945207489</p><p>16 778 713,3 - 0 -</p><p>Fonte: Elaborado pelo autor.</p><p>Com a expressão do logaritmo neperiano presente na tabela 6, pode-se plotar</p><p>um gráfico em função do tempo da reação. Assim tem-se:</p><p>Figura 5 – Gráfico de ordem 1 para os dados do ensaio 2.</p><p>y = 0,3523x + 0,6182</p><p>R² = 0,9346</p><p>0</p><p>1</p><p>2</p><p>3</p><p>4</p><p>5</p><p>6</p><p>0 2 4 6 8 10 12 14</p><p>Ln</p><p>(K</p><p>ω</p><p>-</p><p>K</p><p>0</p><p>/K</p><p>ω</p><p>-</p><p>K</p><p>ω</p><p>t)</p><p>t (s)</p><p>Ensaio 2</p><p>11</p><p>Fonte: Elaborado pelo autor.</p><p>Em analogia com o ensaio 1, com o gráfico plotado e conhecendo sua equação</p><p>da reta, é possível obter então sua constante de velocidade, sendo ela o coeficiente</p><p>angular desta equação. Portanto:</p><p>ln [</p><p>|Kw − |K0</p><p>|Kw − |Kt</p><p>] = 𝑘𝑡</p><p>𝑦 = 0,3523𝑥 + 0,6182</p><p>𝑘 = 0,3523 𝑠−1</p><p>Deste modo, foi possível observar que ambos os ensaios mostram que a reação</p><p>é de primeira ordem devido ao comportamento dos gráficos linearizados, que para</p><p>primeira ordem têm o comportamento linear, bem como nos possibilita encontrar a</p><p>constante cinética das reações com diferentes volumes.</p><p>4. CONCLUSÃO</p><p>Em suma, fica evidente que o método da condutividade é um método eficaz para</p><p>a realização deste experimento da lei de velocidade integrada. Foram obtidas com</p><p>sucesso as constantes de velocidade para cada ensaio a partir da suposição que a reação</p><p>é de primeira ordem, além de observar o comportamento da condutividade em função</p><p>do tempo.</p><p>Além disso, o volume das substâncias também influenciou para a mudança na</p><p>constante de velocidade e no tempo em que a condutividade se estabilizou. Com relação</p><p>ao ajuste das retas, o primeiro ensaio obteve um R² = 0,7409, ou seja, um valor</p><p>relativamente próximo de 1, sendo assim satisfatório para primeira ordem. Já no</p><p>segundo ensaio, foi obtido um R² = 0,9346, valor bem próximo de 1, ou seja, também</p><p>alcançou um valor satisfatório.</p><p>12</p><p>BIBLIOGRAFIA</p><p>Apostila de Laboratório de Engenharia Química I. Universidade Federal de Campina Grande –</p><p>UFCG.</p><p>MATTEDE. Henrique. O que é condutibilidade elétrica? Mundo da elétrica. Disponível em:</p><p>. Acesso em:</p><p>15/12/2022.</p><p>https://www.mundodaeletrica.com.br/o-que-e-condutibilidade-eletrica/</p>