pratica reatores

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CENTRO UNIVERSITÁRIO UNISOCIESC CURITIBA
ANdré Luiz Coutinho
relatório de aula prática
ESTUDO CINÉTICO DA HIDRÓLISE ÁCIDA DO ACETATO DE ETILA
curitiba
2017�
André luiz Coutinho
relatório de aula prática
ESTUDO CINÉTICO DA HIDRÓLISE ÁCIDA DO ACETATO DE ETILA
Trabalho sobre aula prática apresentado à disciplina de Cálculo de Reatores, da Faculdade Sociesc de Curitiba. 
Orientadora: Prof. Karine.
curitiba
2017
SUMÁRIO
51	Introdução	�
2. OBJETIVOS.............................................................................................................6
3	MÉTODOS	7
4 PROCEDIMENTOS .................................................................................................7
15	RESULTADOS E DISCUSSÕES	�0
16	CONCLUSÃO	�5
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Lista de Ilustrações
FIGURA 1........................................................................................................8
FIGURA 2........................................................................................................9
TABELA 1........................................................................................................9
GRÁFICO 1.......................................................................................................9
 TABELA 2......................................................................................................10
GRÁFICO 2.....................................................................................................10
TABELA 3......................................................................................................11
GRÁFICO 3.....................................................................................................11
TABELA 4......................................................................................................12
GRÁFICO 4.....................................................................................................12
TABELA 5.......................................................................................................14
GRÁFICO 5.....................................................................................................14
 
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Introdução
O Acetato de Etila é um solvente orgânico oxigenado, um éster líquido à temperatura ambiente, incolor, volátil, de polaridade moderada, sendo instável na presença de bases fortes e ácidos aquosos.
As reações de hidrólise são definidas por reações de dupla toca de uma molécula por água com auxílio de ácido ou base forte. Em Química Orgânica, hidrólise são reações de saponificação de ácidos graxos e ésteres, inversão de açúcares e quebra de proteínas são também conhecidas como hidrólises enzimáticas. A hidrólise do acetato é uma reação complexa, chamada reação não elementar, que possui uma série de etapas intermediárias de reações elementares.
A cinética da reação, da hidrólise do acetado de Etila, não é representada simplesmente por uma única etapa, mas envolve várias etapas intermediárias do processo.As equações de taxa precisam ser testadas frente a dados experimentais. Os métodos cinéticos consistem em maneiras de análise e correlações de dados cinéticos, tendo em vista a identificação da lei de velocidade de uma dada reação química. Portanto, trata-se de procedimentos para testar equações de taxa contra dados experimentais. Os métodos diferencial e integral são utilizados principalmente na análise de dados de reator em batelada.
O método integral de análise é o mais utilizado e o de uso mais simples. Ele é empregado mais frequentemente quando a ordem da reação é conhecida e se deseja calcular a velocidade específica da reação a diferentes temperaturas, tendo em vista a determinação da energia de ativação. Normalmente, nesse método, supõe-se uma ordem de reação e integra-se a equação diferencial utilizada para modelar o sistema em batelada. Se a suposta ordem de reação for a correta, o gráfico correspondente dos dados de concentração-tempo deve ser razoavelmente linear. O método diferencial de análise é o mais usado nas situações complexas. Ele é aplicado diretamente na equação diferencial da velocidade a ser testada e permite avaliar todos os termos da equação. Geralmente, deve ser empregado quando o método integral não apresentar resultados satisfatórios. Neste método, define-se um modelo cinético e ajusta-se diretamente os dados à correspondente expressão da velocidade. Na reação de hidrólise em questão, consideramos que a água e o ácido clorídrico estão em excesso e a lei de velocidade da reação depende apenas da concentração do éster.
2. OBJETIVO
Determinar, a partir de dados experimentais, a ordem da reação, a constante de velocidade e o fator de frequência para a reação de hidrólise ácida do acetato de etila.
MÉTODOS
2.1 MATERIAIS
Banho termostizado
erlenmeyer de 250 mL 
erlenmeyer de 150 mL
cronômetro
pipeta de 5 mL
acetato de etila
hidróxido de sódio 0,1 mol/L
ácido clorídrico 0,5 mol/L
solução alcoólica de fenolftaleína
água destilada.
PROCEDIMENTOS
A concentração de ácido acético em qualquer tempo é determinada pela titulação, com hidróxido de sódio 0,1 mol/L, de alíquotas (retiradas de tempos em tempos do frasco de reação) sendo assim, este foi o procedimento usado para tal prática e que foi procedido da seguinte forma: 
01 – Preparou-se uma solução de NaOH 0,1 mol/L, deixou-se descansando até preparar os demais itens;
02 – Preparou-se uma solução de HCl 0,5 mol/L;
03 – Transferiu-se 100 mL da solução de ácido clorídrico para um erlenmeyer de 250 mL;
04 – Colocou-se o erlenmeyer com a solução de HCl em um banho termostatizado a 25 ºC, juntamente com um tubo de ensaio contendo 10,0 mL de acetato de etila. Quando a temperatura de equilíbrio foi alcançada, pipetou-se 5,0 mL de acetato de etila para o erlenmeyer contendo a solução ácida. Disparou-se o cronômetro;
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Figura 1.Solução de HCl e acetato de etila em banho termotizado.
05 – Agitando-se o frasco de onde foram retirados alíquota de 5,0 mL da mistura, e transferiu-se para um erlenmeyer contendo 25 mL de água fria, ~ 6 ºC e foram colocadas 3 gotas de solução alcoólica de fenoftaleína. Considerou-se que no momento em que a alíquota é colocada sobre a água fria, a reação sofre uma desaceleração (a reação “pára”). Anotou-se este tempo. 
06 – Titulou-se, rapidamente, esta alíquota. 
07 – Repetiu-se os procedimentos 03 e 04 para alíquotas retiradas a cada 4 minutos em média, contados a partir do tempo zero da reação este procedimento foi feito 6 vezes. 
08 – Repetiu-se 6 vezes os procedimentos de 01 a 05 na temperatura de ~40°C. 
09 – Reservou-se os 25 mL restantes da mistura no frasco de reação a 25 ºC por aproximadamente 1,5 semana para titulação final, depois da reação ter-se completado.
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Figura 2.Titulação.
	TITULAÇÃO A 25°C
	TEMPO
	Vol/ml
	4
	26
	8
	27
	12
	27
	16
	27,5
	20
	27,5
	24
	27,5
 
Tabela 1.Tempo x volume a 25°C
Gráfico 1. Tempo x volume a 25°C
	TITULAÇÃO A 40°C
	TEMPO
	Vol./Ml
	4
	32
	8
	33
	12
	34,4
	16
	35,2
	20
	36,1
	24
	37
Tabela 2. Tempo x volume a 40°C
Gráfico 2. Tempo x volume a 40°C
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES:
Através da reação, pode-se verificar que o acetato de etila (etanoato de etila), quando em meio ácido, pode ser facilmente hidrolisado à ácido acético e etanol conforme a reação:
CH3COOCH2CH3(aq)+ H2O H+ (aq) CH3COOH(aq)+ CH3CH2OH(aq) 
Para esta reação podemos escrever a seguinte equação de velocidade de reação:
V= - d[CH3COOCH2CH3]/dt = k[CH3COOCH2CH3] [H2O][H+]
Caso a concentração de água e de ácido seja relativamente grande a reação é deslocada para a formação dos produtos, ácidoacético e etanol, de forma que a equação anterior pode ser reescrita como sendo:
 V= - d[CH3COOCH2CH3]/dt= k’[CH3COOCH2CH3]
Descrevendo, assim uma reação de pseudo-primeira ordem.
Para valores absolutos (25 ºC) , tem-se:
Gráfico ln (V∞ - Vt) em função de tempo de “parada de reação”:
	Dados do Gráfico (absoluto 25°C)
	ln V∞ - Vt
	TEMPO
	Vol/ml
	2,944438979
	0
	45
	2,772588722
	4
	43
	2,821378886
	8
	43,8
	2,778819272
	12
	43,6
	2,791165108
	16
	43,8
	2,797281335
	20
	43,9
Tabela 3.Valores absolutos (ln V∞ - Vt) cruzados com os dados do gráfico 1 a 25°C.
Gráfico 3.Valores absolutos (ln V∞ - Vt) cruzados com os dados do gráfico 1 a 25°C .
	Dados do Gráfico (absoluto 40°C)
	 ln V∞ - Vt
	TEMPO
	Vol/ml
	2,564949357
	0
	45
	2,302585093
	4
	43
	2,240709689
	8
	43,8
	2,128231706
	12
	43,6
	2,041220329
	16
	43,8
	1,931521412
	20
	43,9
Tabela 4.Valores absolutos (ln V∞ - Vt) cruzados com os dados do gráfico 2 a 40°C.
Gráfico 4. Valores absolutos (ln V∞ - Vt) cruzados com os dados do gráfico 2 a 40°C.
De acordo com os dados obtidos, foi possível plotar os gráficos para cada temperatura analisada. Estes são constituídos de uma reta cujo coeficiente angular corresponde ao valor da constante de velocidade aparente, k'. Desta forma, pôde-se calcular a energia de ativação e o fator de frequência em cada temperatura.
Cálculo da Energia de Ativação:
Utilizou-se da equação de Arrhenius para encontrar a energia de ativação, considerando os dados obtidos no gráfico e experimento:
Função a 25 ºC : y= -0,0206x + 2,8899
Função a 40 ºC : y= -0,1161 + 2,6079
K1= -0,0206 T1=298,15K
K2= -0,1161 T2=313,15K
Desta forma, substituindo os valores para K1 e K2 e para as duas temperaturas analisadas, obtém-se para a Energia de Ativação o valor de: J/mol
Cálculo do Fator de Frequência:
Utilizou-se da fórmula abaixo para determinar o fator de frequência em cada temperatura:
Na temperatura de 25 ºC:
K1= -0,0406 Ea= 34057,97J/mol R=8,314J/molK T=298,15K
Com esses dados, obteve-se o fator de frequência de:
Na temperatura de 40 ºC: 
A = 1,75x10-16
K1= -0,0784 Ea= 34057,97J/mol R=8,314J/molK T=313,15K
Com esses dados, obteve-se o fator de frequência de: 
A = 5,56x10-18
A obtenção dos valores de k' para diferentes temperaturas de reação nos permitiu determinar o valor da energia de ativação e da constante pré-exponencial da Lei Empírica de Arrhenius. Analisou-se a partir dos coeficientes angular e linear da reta obtida, isto é, o coeficiente angular corresponde à razão -Ea/R e o coeficiente linear, a constante pré-exponencial. Para obtenção destes dados é necessário, portanto, construir o gráfico de ln k' x 1/T, onde T é a temperatura absoluta em Kelvin.
Gráfico de Ln k’ em função do inverso da temperatura absoluta.
	ln k
	T-¹
	-3,88
	0,00335
	-2,15
	0,00319
 Tabela 5. Valores de ln k x T-¹
Gráfico 5. Gráfico ln k x T-¹
CONCLUSÃO
O estudo da reação de hidrólise do acetato de etila nos permitiu avaliar, de acordo com o procedimento usado, a energia de ativação, a constante cinética e o fator de frequência para este processo. 
Considerando que não foi aguardado 48h para refazer a titulação para obtenção do v∞, os últimos valores obtidos nas titulações provavelmente apresentaram-se corretos, pois consideramos o v∞ como o último volume utilizado na titulação, e este seria o valor obtido após as 48h.
Neste tipo de experimento é importante que tenhamos um número considerável de dados experimentais para que não ocorram erros para a determinação da constante de velocidade, que é obtida através dos gráficos. 
Porém devido a quantidade de solução titulante (solução de NaOH) que estava indo durante a amostra, aproximadamente 200ml, que era a medida do balão volumétrico, a titulação era parada na 6ª medição. Porém ainda assim pela uniformidade das medidas deduz-se que a pratica obteve êxito em seu propósito.
REFERÊNCIAs
http://www.dequi.eel.usp.br/~barcza/Hidrolise.pdf / acesso em; 07/06/2017
http://tecno.cruzfierro.com/formularios/R / acesso em: 07/06/2017
Hidrólise - Reações Químicas - InfoEscola / acesso em: 07/06/2017
Onde:
K=constante velociade
A=Fator de frequência
Ea=Energia de ativação
R= constante dos gases
T= Temperatura em Kelvin