Relatorio FQE 7 pronto

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Universidade federal da paraíba
Departamento de química – DQ/CCEN
Físico-química experimental
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA:
DETERMINAÇÃO DE PARÂMETROS CINÉTICOS POR FOTOCOLORIMETRIA
Grupo:
José Breno da Costa
Gabriela Tafaela Dias
Juliany Santiago de Araújo
Larissa Saldanha M. de Vasconcelos
Manuella Cortez Cavalcante
Turma: Farmácia
Data: 09 de outubro de 2017
Professora: Karen Cacilda Weber
João Pessoa , 2017
OBJETIVO
 Determinar a ordem e a constante de velocidade da reação do cristal violeta com o hidróxido de sódio utilizando a técnica de fotocolorimetria.
INTRODUÇÃO
 Para a determinação da ordem de uma reação ou sua Lei de velocidade, podemos utilizar a mudança de coloração dessa reação como parâmetro a ser estudado . Para isso podemos utilizar um equipamento denominado fotocolorímetro. Com esse equipamento podemos verificar a mudança da coloração ao longo de uma reação. A mudança de coloração é um dos indicativos de que uma determinada reação está se processando . Neste trabalho apresentaremos a reação do cristal de violeta, que possui coloração roxa, com o hidróxido de sódio, que é incolor. Como o produto desta reação é incolor, podemos analisar a velocidade da reação pela mudança de cor da solução .
 A seguir são apresentados os métodos matemáticos cinéticos diferentes, sendo que todos esses métodos partem de uma mesma base: Do conhecimento da concentração de pelo menos um dos reagentes ao longo do tempo. Os métodos para analisar os dados cinéticos são diversos, sendo os mais usuais: O método diferencial, o método integral, o método de meias-vidas e, o método das velocidades iniciais.
 Para determinar a ordem da reação pelo método integral, supomos uma ordem de reação e integramos a equação diferencial utilizada para modelar o sistema em batelada. Se essa suposta ordem de reação assumida for correta, o gráfico correspondente (determinado a partir desta integração) dos dados de concentração-tempo deve ser linear. Caso isso não ocorra, se essa suposta ordem de reação não se ajustar a uma reta então, ela deve ser rejeitada.
 O método integral de análise é utilizado 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.
 No método integral de análise de dados cinéticos, devemos procurar por uma função da concentração, correspondente a uma lei de velocidade específica, que seja linear com o tempo.
Para a reação: 
A Produtos
Conduzida em um reator em batelada a volume constante, o balanço molar é
Para uma reação de ordem zero, rA = -k, e a combinação da lei de velocidade com o balanço molar é
Integrando com CA = CA0 em t = 0, temos
Para uma reação de ordem zero conduzida em um reator em batelada a volume constante, o gráfico da concentração de A em função do tempo será uma reta (Figura 1) com uma inclinação (-k).
Figura 1 – Reação de ordem zero
Se a reação é de primeira ordem (Figura 2), a integração da combinação molar com a lei de velocidade é
Figura 2 – Reação de primeira ordem Com a condição inicial CA = CA0 em t = 0, obtemos
Consequentemente, é possível ver que o gráfico de [ln(CA0/CA) em função do tempo é uma reta com inclinação k.
Se a reação é de segunda ordem, (Figura 3), então
Figura 3 – Reação de segunda ordem integrando, com o valor inicial de CA = CA0, obtemos
Obs: É possível observar que para uma reação de segunda ordem o gráfico de (1/CA) em função do tempo deve ser uma reta com inclinação k.
Nas figuras 1, 2 e 3, é possível ver que quando plotamos a função da concentração apropriada (i.e., CA, lnCA ou 1/CA) contra o tempo, obtemos funções lineares e concluímos que as reações são, respectivamente, de ordem zero, de primeira ordem ou de segunda ordem. Entretanto, se os gráficos dos dados de concentração contra o tempo não forem lineares, como mostrado na Figura 4, podemos afirmar que a ordem de reação suposta não ajusta os pontos experimentais. No caso da Figura 4, podemos concluir que a reação não é de segunda ordem.
É importante reafirmar que, dada uma lei de velocidade, devemos escolher prontamente a função da concentração ou da conversão que dá origem a uma reta quando plotada contra o tempo ou contra o tempo espacial.
Figura 4 – Gráfico do inverso da concentração em função do tempo
O método diferencial é aplicado diretamente na equação diferencial da velocidade a ser testada e permite avaliar todos os termos da equação, inclusive a derivada dCA/dt.
Obs 1: A determinação dos parâmetros cinéticos pelo método diferencial não é um método simples, mas é o mais usado nas situações complexas. Trata-se de um método que deve ser usado, de forma complementar ao método integral.
A determinação dos parâmetros cinéticos pelo método diferencial pode ser dada de duas maneiras: Utilizando os dados experimentais de concentração em função do tempo e por aproximação determinam-se as taxas a partir das curvas cinéticas; Determinando as taxas diretamente, utilizando os dados de um reator diferencial.
Para ilustrar o procedimento empregado no método diferencial de análise, consideraremos uma reação conduzida de forma isotérmica em um reator em batelada a volume constante em que é registrada a variação da concentração com o tempo. Pela combinação do balanço molar com a lei de velocidade dada pela equação
Obtemos:
Após a aplicação do logaritmo natural a ambos os membros da equação anterior, temos,
É possível observar que a inclinação da reta, que expressa a dependência de ln(-dCA/dt) com (lnCA), é a ordem de reação (Figura 5).
Figura 5 – O método diferencial para a determinação da ordem de reação log-log, em que a inclinação da reta é igual à ordem de reação	A velocidade A (Figura 5 - a) mostra um gráfico de [-(dCA/dt)] contra [CA], em escala específica da reação, kA, pode ser determinada selecionando, em primeiro lugar, uma concentração qualquer, designada por CAp, e, depois, buscando o correspondente valor de ordenada [-(dCA/dt)p], como mostrado na (Figura 5 - b). Após elevar CAp à potência α, dividimos esse resultado por [-(dCA/dt)p] para determinar kA:
Para obter a derivada -dCA/dt, usada na Figura 5, deve-se diferenciar os dados concentração-tempo de forma numérica ou gráfica.
Obs 2: Quando vários componentes participam da reação, deve-se determinar a ordem de reação em relação a cada componente. Isto será possível desde que se possa controlar a reação, tal que somente a concentração de um dos componentes varie. Há três possibilidades:
a) a concentração do componente principal varia, e os demais componentes não são consumidos durante a reação.
b) acompanha-se a concentração do composto principal, mantendo as concentrações dos demais componentes constantes, adicionando reagente numa proporção que compense o seu consumo durante a reação.
c) acompanha-se a concentração do reagente principal e mantém-se a concentração dos reagentes constantes, introduzindo-os em excesso, relativo à concentração do componente principal. A variação de concentração do reagente em excesso é praticamente desprezível.
d) se ambas as concentrações variam, se faz uso do método das taxas parciais.
MATERIAIS E MÉTODOS
Equipamentos
4 balões volumétricos de 50 mL
1 balão volumétrico de 100 mL
2 balões volumétricos de 500 mL 
1 pipeta volumétrica de 5 mL
1 pipeta volumétrica de 10 mL
1 espectrofotômetro
1 cronômetro
 Reagentes
 NaOH 0,01 M;
Cristal violeta (M= 408,0 g/mol)
 Procedimento
Parte A : Calibração do Espectofotômetro 
Foi preparada a solução de cristal violeta pesando 0,021g para 500 ml de solução e chamada de Ao.Pegou –se 10 ml desta solução e transferimos para um balão de 50 ml ,completando o volume com água destilada.Logo ,essa solução foi chamada de A1.
Estabeleceu-se o branco da absorbância ,colocando na cubeta água destilada e inserido no espectofotometro. Zerado a absorbância.
OBS : os demaisitens não foi necessário realizar .
Parte B: Medidas de Absorbância da Mistura Reacional
1. Transferiu-se uma alíquota de 25 mL da solução A0 para um balão de 50 mL, completando o volume com água destilada denominando essa solução de A2. 
2. 100 mL de solução de NaOH 0,1 M já estava preparada no laboratório. Uma alíquota de 5 mL e 10 mL desta solução foi transferida para dois balões de 50 mL, completando o volume restante com água destilada denominando estas soluções de B1 e B2, respectivamente. 
3. Colocou 10 mL da solução A2 em um béquer, e, em outro, 10 mL da solução B1. Adicionou-se o conteúdo de um béquer no outro e acionou o cronômetro. 
4. Posteriormente a mistura reacional foi agitada e utilizada uma alíquota para lavar a cubeta. Em seguida, encheu a cubeta com a mistura. Colocou a cubeta no espectrofotômetro, fechando sua tampa e determinando a absorbância inicial (tempo “zero”). Foram feitas leituras da absorbância em intervalos de 1 min até atingir o limite da faixa de calibração (cerca de 30 medidas). A temperatura da mistura reacional foi medida e anotada. 
5. Repetiu o procedimento usando 10 mL da solução A2 e 10 mL da solução
 Tratamento de Dados
 A2B1 
A2: 25 mL da solução de cristal de violeta (A0) para um balão de 50 mL.
B1: 5 mL de NaOH foi transferida para dois balões de 50 ml 
 
A0 inicial: 1,42.
	A1: 1,31
	A6:1,01
	A11:0,79
	A16:0,62
	A2:1,24
	A7:0,97
	A12:0,75
	A17:0,59
	A3:1,18
	A8:0,92
	A13: 0,71
	A18:0,56
	A4:1,14
	A9:0,88
	A14: 0,68
	A19:0,53
	A5:1,07
	A10: 0,84
	A15: 0,65
	A20: 0,51
	A2B1
	A-A0 Vs t
	lnA/A0 Vs t
	(1/A) - (1/A0) Vs t
	 1
	-0,11
	-0,08
	0,06
	 2
	-0,18
	-0,14
	0,10
	3
	-0,24
	-0,19
	0,14
	4
	-0,28
	-0,22
	0,17
	5
	-0,35
	-0,28
	0,23
	6
	-0,41
	-0,34
	0,29
	7
	-0,45
	-0,38
	0,33
	8
	-0,49
	-0,43
	0,37
	9
	-0,53
	-0,47
	0,42
	10
	-0,58
	-0,52
	0,48
	11
	-0,62
	-0,58
	0,55
	12
	-0,66
	-0,63
	0,62
	13
	-0,71
	-0,69
	0,70
	14
	-0,73
	-0,73
	0,75
	15
	-0,77
	-0,77
	0,82
	16
	-0,80
	-0,83
	0,90
	17
	-0,83
	-0,88
	0,99
	18
	-0,86
	-0,93
	1,08
	 19
	-0,88
	-0,97
	1,15
	20
	-0,90
	-1,01
	1,23
 A2B2
A2: 25 mL da solução de cristal de violeta ( A0) para um balão de 50 mL.
B2: 10 mL de NaOH foi transferida para dois balões de 50 mL
A0 inicial: 1,53
	A1: 1,43
	A6:0,96
	A11:0,61
	A16:0,45
	A2:1,31
	A7:0,87
	A12:0,57
	A17:0,43
	A3:1,22
	A8:0,79
	A13: 0,54
	A18:0,41
	A4:1,13
	A9:0,72
	A14: 0,51
	A19:0,39
	A5:1,04
	A10: 0,66
	A15: 0,48
	A20: 0,38
	A2B1
	A-A0 Vs t
	lnA/A0 Vs t
	(1/A) - (1/A0) Vs t
	1
	-0,105
	-0,07
	0,04
	2
	-0,22
	-0,15
	0,11
	3
	-0,31
	-0,23
	0,17
	4
	-0,40
	-0,30
	0,23
	5
	-0,49
	-0,38
	0,30
	6
	-0,57
	-0,47
	0,39
	7
	-0,66
	-0,56
	0,49
	8
	-0,74
	-0,66
	0,61
	9
	-0,81
	-0,75
	0,73
	10
	-0,87
	-0,83
	0,85
	11
	-0,92
	-0,91
	0,97
	12
	-0,96
	-0,98
	1,08
	13
	-0,99
	-1,04
	1,19
	14
	-1,02
	-1,10
	1,31
	15
	-1,05
	-1,16
	1,42
	16
	-1,08
	-1,21
	1,54
	17
	-1,10
	-1,26
	1,65
	18
	-1,12
	-1,31
	1,76
	19
	-1,14
	-1,35
	1,87
	20
	-1,15
	-1,39
	1,96
Calcular Kf1 e Kf2 para as duas cinéticas e calcular o valor de n e k .
Para 5 ml de NaOH: C1.V1= C2.V2
 0,1 M x 5 ml = C2 . 50 ml
 C2= 0,01 M
Para 10 ml de NaOH: C1.V1= C2.V2
 0,1 M x 10 ml = C2 . 50 ml
 C2= 0,02 M
Kf1= tg O
Kf1: 0,29 - 0,10 = 0,0475 min-1 Kf2: 0,39- 0,11= 0,07 min-1 
 6 -2 6-2
Log Kf1 = Log [OH1] N
 Kf2 [OH2]
Log 0,04 = Log 0,01 N 
 0,07 0,02 
 
 -0,24 3 = -0,301 N
 N= 1
 
KF2= K. [ OH ] N
0,04= K. [ 0,01 ] 1
 0,04 = K . 0,01
K= 0,25 MOL\L min-1
 
ORDEM GLOBAL : K.[ CV] m. [OH]n
 Logo, a ordem global é 2.
 
QUESTÕES
Os valores obtidos são satisfatórios?
Sim, obtivemos a reta desejada no gráfico e consequentemente os valores estão condizentes com o esperado.
2.Quais as possíveis fontes de erro ou limitações neste experimento ?
 Pode ocorrer erros na leitura das Soluções devido a:
alterações durante a diluição dos corantes, visto que qualquer quantidade acima ou abaixo pode afeitar no resultado;
restos de outras soluções também podem afetar a leitura da solução. Isso faz com que a rinsagem torne-se algo bastante importante na hora da troca de soluções para leitura.
tempo de reação também deve ser seguido de acordo com o recomendado para que não afete qualquer resultado.
Obs: Cada cor absorve um comprimento de onda diferente que já é definido pela literatura e deste modo para a cor violeta utilizamos o comprimento de onda máximo. 
REFERÊNCIAS
Levenspiel, O., Modelling in chemical engineering, Chemical Engineering Science, 57, 4691 – 4696, 2002.
Smith, J. M., Chemical Engineering Kinetics, 3rd ed., McGraw-Hill, 1981.
Schmal, Martin., Cinética e Reatores: aplicação na engenharia química: teoria e exercícios– Editora Synergia, 2010.