Prática 08 Cinética do Verde de Malaquita

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Departamento de Engenharia Química 
LABORATÓRIO PARA ENGENHARIA QUÍMICA 
PRÁTICA 08: CINÉTICA DA REAÇÃO ENTRE O VERDE DE MALAQUITA 
E HIDRÓXIDO DE SÓDIO EM OPERAÇÃO BATELADA EM CSTR 
(Cinética das Reações Químicas) 
OBJETIVO 
Determinar a constante cinética de reação, o fator de frequência, a energia de ativação e a 
ordem de reação, do verde de malaquita em hidróxido de sódio partir de um ensaio em batelada em 
CSTR. 
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
O reator químico é um equipamento onde ocorrem fenômenos onde espécies moleculares são 
transformadas. No reator, o meio reacional pode ser aquecido ou arrefecido e também trocar massa 
e/ou calor com fases. 
Na indústria, o reator químico é tido como o "coração” das unidades de fabricação/produção e 
os três principais são: reator descontínuo (batelada), aplicado a processos em pequena escala; reator 
em escoamento contínuo tipo tanque, que são mais comumente aplicados em processos de grande 
escala de produção; e o reator contínuo tubular, também conhecido como reator ideal de fluxo 
empistonado. 
A reação proposta para esta prática no reator CSTR é a do verde de malaquita com hidróxido 
de sódio, de acordo com a relação estequiométrica: 
 (1) 
Para o procedimento será utilizado o módulo de reatores ideais, no qual a vazão dos 
rotâmetros é volumétrica, caso necessário, deverá ser feita a conversão manualmente para vazão 
molar com as massas específicas e massas molares de cada reagente envolvido na reação. Caso a 
solução seja muito diluída pode-se considera que a massa específica de cada reagente é a mesma que 
a da água pura. 
Embora representada de forma simples, esta é uma reação complexa, pois possui uma série de 
etapas intermediárias de reações elementares. A partir do mecanismo de reação apresentado na 
literatura, obtém-se a expressão da taxa da reação dada por: 
b
B
a
A C Ck r


 (2) 
onde: 
r é a taxa de reação; 
CA e CB são as concentrações de A e B, respectivamente, em mol/L; 
k é a constante cinética da reação e; 
a’ e b’ são as ordens parciais da reação em relação aos componentes A e B, respectivamente, 
sendo n = a’ + b’ a ordem global da reação. 
 
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A constante k é função da temperatura e assume-se que é válida a Lei de Arrhenius, segundo 
a qual a constante cinética apresenta uma variação exponencial com a temperatura de acordo com a 
expressão: 
 







RT
E
expkk A0
 (3) 
onde: 
k0 é o fator de frequência; 
EA é a energia de ativação; 
R a constante universal dos gases; 
T a temperatura medida em escala absoluta. 
Para testar o modelo proposto para a taxa da reação e determinar os parâmetros cinéticos, 
pode-se utilizar um reator tanque descontínuo operando isotermicamente. A análise dos resultados 
experimentais para este tipo de reator é feita de acordo o modelo de mistura perfeita, que conduz a 
seguinte equação de balanço de massa: 
 
  rVνrV
dt
dn
jj
j

 (4) 
onde: 
nj é o número de moles do componente j presente no reator no instante t, 
V é o volume da massa reacional; 
rj é a taxa de formação do componente j; 
νj coeficiente estequiométrico do componente j na reação. 
Nos casos em que a massa específica da massa reagente não se altera significativamente (permanece 
constante), a equação (4) se torna: 
rν
dt
dC
j
j

 (5) 
Para acompanhar a progressão da reação com o tempo, recorrer-se-á, nesta experiência à medida da 
concentração dos íons ácidos ao longo do tempo, empregando-se a titulação volumétrica. 
 
EXPERIMENTAL 
A) Visão Geral 
Nesta prática o sistema do módulo de reatores ideais será utilizado em modo batelada e será utilizado 
o reator CSTR. Nos quadros abaixo são informadas as características básicas sobre os itens que 
compõem o módulo de reatores ideais. 
 
 
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Características Técnicas Medidas Valores 
Tanque de Alimentação – TQ-01 
Material --- Polipropileno 
Diâmetro Mm 320 
Altura Mm 420 
Capacidade Nominal L 30 
Configuração --- Vertical 
Topo --- Removível 
Produtos Água Verde de Malaquita 
Concentrações 100% 0,014 M 
Temperatura de Operação Projeto Máxima 
°C 25 60 
Conexões 1” Fundo 
Características Técnicas Medidas Valores 
Tanque de Alimentação – TQ-02 
Material --- Polipropileno 
Diâmetro Mm 320 
Altura Mm 420 
Capacidade Nominal L 30 
Configuração --- Vertical 
Topo --- Removível 
Produtos Água NaOH 
Concentrações 100% 0,03 M 
Temperatura de Operação Projeto Máxima 
°C 25 60 
Conexões 1” Fundo 
Características Técnicas Medidas Valores 
Tanque de Produtos da Drenagem – TQ-03 
Material --- Polipropileno 
Diâmetro Mm 320 
Altura Mm 420 
Capacidade Nominal L 30 
Configuração --- Vertical 
Topo --- Removível 
Produtos Água Produtos da Reação 
Concentrações 100% ---- 
Temperatura de Operação Projeto Máxima 
°C 25 60 
Conexões 1” Fundo 
 
N° Características Técnicas Quantidades Range 
Reator CSTR- R-01 
Material --- Vidro 
Diâmetro mm 1200 
Altura Total mm 160 
 
O fluxograma do módulo de reatores ideais pode ser observado na figura 01. 
 
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Figura 01: Fluxograma do processo 
B) Materiais e reagentes: 
Os materiais e reagentes a serem utilizados estão relacionados na tabela a seguir. 
MATERIAL POR GRUPO QUANTIDADE 
Reagentes 
Verde de Malaquita 0,014 M (reagente A) 2,5 L/operação 
Solução padronizada de hidróxido de sódio 0,03 M (reagente B) 2,5 L/operação 
Solução padronizada de hidróxido de sódio 0,02 M 1L 
Solução de ácido clorídrico padronizada 0,095 M 1L 
Fenolftaleína 1% 200 mL 
Equipamento 
Módulo de Reatores Ideais contendo o CSTR 1 
 
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Vidraria 
Bequer 250 mL 3 a 6 
Pipeta volumétrica de 10 mL; 1 
Pipeta volumétrica de 25 mL; 2 
Bureta de 50 mL; 2 
Erlenmeyers de 250 mL ou 125mL 5 a 15 
Demais materiais 
Agitador magnético 2 
Pera de sucção 1 a 3 
Cronômetro 1 
 
B) Procedimento Experimental: 
 Estudar cuidadosamente a técnica experimental; 
 Os tanques de reagentes do módulo de reatores ideais devem conter uma solução de verde de 
malaquita 1,4x10
-2
 mol/L (TQ-01) e outra de hidróxido de sódio 3,0 x 10
-2
 mol/L (TQ-02). 
 Em cada um dos erlenmeyers disponíveis, adicionar 10 mL do HCl 0,095 M padronizado com 5 
gotas de fenolftaleína e 30 mL de água destilada; 
 A experiência deverá ser realizada a três temperaturas diferentes: a temperatura ambiente, e mais 
duas acima da ambiente que dependerá da temperatura de equilíbrio térmico que deverá obtida 
pelo aquecimento do verde de malaquita e posterior mistura com o NaOH, conforme será 
descrito nos passos seguintes; 
 Usar o CSTR para operar como reator batelada. 
 À temperatura ambiente: 
 Fechar as saídas do reator, ligar a bomba B-1 e alimentar 750 mL da solução de verde de 
malaquita (reagente A); 
 Após atingir a marca de 750 mL no reator, desligar B-1 e ligar a B-2 para alimentar 750 mL do 
NaOH (reagente B); 
 Imediatamente após o enchimento completo do reator com os dois reagente, desligar B-2, 
acionar o cronômetro, acionar o agitador do CSTR, retirar a primeira alíquota de 25 mL a serDepartamento de Engenharia Química 
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considerada a do instante inicial (t = 0) e transferi-la para um dos erlemeyers contendo 10 mL de 
HCl 0,095 M e fenolftaleína para titulação; 
 Ligar o TIC-02 e anotar a temperatura da reação (temperatura ambiente) lida neste indicador de 
temperatura. 
 Com agitação constante, continuar a retirar alíquotas de 25 mL nos tempos posteriores de 5, 10, 
15, 20 e 25 min (serão 6 pontos no total) e as titulações deverão ser realizadas em duplicata; 
 Cada alíquota deverá ser retirada com uma pipeta de 25 mL de escoamento rápido, anotando o 
tempo de reação. Imediatamente a seguir, transferi-la para um dos erlemeyers contendo 10 mL 
de HCl 0,095 M e fenolftaleína - ATENÇÃO - Esta operação deve ser a mais rápida possível. 
 Titular as amostras acidificadas com soda padronizada 0,02 M usando fenolftaleína como 
indicador e anotar os resultados; 
 Desligar o TIC-02 e drenar o sistema. 
 À primeira temperatura superior à ambiente: 
 Fechar as saídas do reator, ligar a bomba B-1 e alimentar 750 mL da solução de verde de 
malaquita (reagente A); 
 Após atingir a marca de 750 mL no reator, desligar B-01, ligar o TIC-02 e ajustar o set point 
do CSTR para 10ºC acima da temperatura ambiente (considerar como ambiente, a 
temperatura utilizada no procedimento à temperatura ambiente); 
 Após atingir a igualdade entre a temperatura medida e a do set point, ligar a B-2 para 
alimentar 750 mL do NaOH (reagente B); 
 Imediatamente após o enchimento completo do reator com os dois reagentes, realizar os 
seguintes procedimentos: 
 desligar a B-2, acionar o cronômetro, acionar o agitador do CSTR e retirar a primeira 
alíquota de 25 mL a ser considerada a do instante inicial da reação (t = 0) e transferi-la 
para um dos erlemeyers contendo 10 mL de HCl 0,095 M e fenolftaleína para titulação; 
 ajustar a temperatura do set point do CSTR para a mesma temperatura indicada no 
momento inicial da reação e manter toda aproximadamente àquela lida no instante inicial 
da reação (lembre-se de anotar a temperatura da reação lida no TIC-02); 
 Com agitação constante, continuar a retirar alíquotas de 25 mL nos tempos posteriores de 5, 
10, 15, 20 e 25 min (também serão 6 pontos no total) e as titulações deverão ser realizadas em 
duplicata; 
 
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 Cada alíquota deverá ser retirada com uma pipeta de 25 mL de escoamento rápido, anotando 
o tempo de reação. Imediatamente a seguir, transferi-la para um dos erlemeyers contendo 10 
mL de HCl 0,095 M - ATENÇÃO - Esta operação deve ser a mais rápida possível. 
 Titular as amostras acidificadas com soda padronizada 0,02 M usando fenolftaleína como 
indicador e anotar os resultados; 
 Desligar o TIC-02 e drenar o sistema. 
 À segunda temperatura superior à ambiente: 
 Fechar as saídas do reator, ligar a bomba B-1 e alimentar 750 mL da solução de verde de 
malaquita (reagente A); 
 Após atingir a marca de 750 mL no reator, desligar B-01, ligar o TIC-02 e ajustar o set point 
do CSTR para 20ºC acima da temperatura ambiente (considerar como ambiente, a 
temperatura utilizada no procedimento à temperatura ambiente); 
 Após atingir a igualdade entre a temperatura medida e a do set point, ligar a B-2 para 
alimentar 750 mL do NaOH (reagente B); 
 Imediatamente após o enchimento completo do reator com os dois reagentes, realizar os 
seguintes procedimentos: 
 desligar a B-2, acionar o cronômetro, acionar o agitador do CSTR e retirar a primeira 
alíquota de 25 mL a ser considerada a do instante inicial da reação (t = 0) e transferi-la 
para um dos erlemeyers contendo 10 mL de HCl 0,095 M e fenolftaleína para titulação; 
 ajustar a temperatura do set point do CSTR para a mesma temperatura indicada no 
momento inicial da reação e manter toda aproximadamente àquela lida no instante inicial 
da reação (lembre-se de anotar a temperatura da reação lida no TIC-02); 
 Com agitação constante, continuar a retirar alíquotas de 25 mL nos tempos posteriores de 5, 
10, 15, 20 e 25 min (serão 6 pontos no total) e as titulações deverão ser realizadas em 
duplicata; 
 Cada alíquota deverá ser retirada com uma pipeta de 25 mL de escoamento rápido, anotando 
o tempo de reação. Imediatamente a seguir, transferi-la para um dos erlemeyers contendo 10 
mL de HCl 0,095 M - ATENÇÃO - Esta operação deve ser a mais rápida possível. 
 Titular as amostras acidificadas com soda padronizada 0,02 M usando fenolftaleína como 
indicador e anotar os resultados. 
 
 
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QUESTIONÁRIO 
1) Usando as referências bibliográficas, apresentar (à mão) o mecanismo da reação do verde de 
malaquita, e deduzir (à mão) a equação da taxa de reação. 
2) Deduzir (à mão) a equação da concentração do verde de malaquita em função das 
concentrações de HCl (buffer) e NaOH (titulante); 
3) Montar uma tabela especificando para cada temperatura de reação, em cada tempo, os volumes 
obtidos na titulação e a concentração do verde de metila (especificar os fatores de correção do 
NaOH e HCl utilizados); 
4) Determinar os parâmetros cinéticos (velocidade específica e ordem da reação) para cada 
temperatura e a respectiva equação de taxa pelo método integral; 
5) Determinar os parâmetros cinéticos (velocidade específica e ordem da reação) para cada 
temperatura e a respectiva equação de taxa por outro método a escolha do grupo; 
6) Comparar e discutir os valores obtidos nos itens 4 e 5. 
7) Determinar a energia de ativação e o fator de frequência de forma analítica e gráfica para cada 
método utilizado nos itens 4 e 5. 
 
BIBLIOGRAFIA 
FOGLER, H. S. Elementos de Engenharia das Reações Químicas, 4° Ed., editora LTC, 2009. 
LEVENSPIEL, O. Engenharia das Reações Químicas. 1ª. Ed., Edgard Blücher, 2000. 
ROBERTS, G. W.; Reações Químicas e Reatores Químicos. 1ª. Ed., Editora LTC, 2010.