relatorio - Estudo da cinética da reação do violeta de cristal com o hidróxido de sódio por espectrofotometria

Prévia do material em texto

Escola Superior de Tecnologia 
Unidade Departamental de Engenharias
Licenciatura em Engenharia Química e Bioquímica
Química Física (2º Ano/ 1º Semestre - 2017)
Docente: Professor Marco Cartaxo
Trabalho Prático nº 1
Estudo da cinética da reação do violeta de cristal com o hidróxido de sódio por espectrofotometria
Grupo I:
Ana Emídio nº 20215
Mª Inês Emídio nº 19896
Tomar, Dezembro/2017
Objetivos
Este trabalho prático tem como objetivo determinar a ordem da reação bem como a constante cinética para a reação de violeta de cristal com hidróxido de sódio. 
A região em estudo será a cerca de 588 nm e, como é uma espécie corada, a reação seguir-se-á por espectrofotometria. 
Introdução teórica 
A velocidade de uma reação do tipo A + B P pode ser descrita por υ = k [A]a[B]b, onde k é a constante de velocidade, sendo de ordem a em relação ao reagente A e de ordem b em relação ao reagente B, e com ordem global a+b.
Se a concentração inicial do reagente A for pequena em relação ao reagente B, a sua variação será proporcionalmente maior e a concentração de B pode ser considerada constante e com valor aproximadamente igual ao inicial, vindo , onde é uma pseudo-constante de velocidade, dada por . Como = , e se a reação for de 1ª ordem em A, integrando vamos ter , onde [A]0 é a concentração inicial e [A]t a concentração medida ao tempo t. 
Se o gráfico de em função do tempo for uma reta, fica demonstrado que a reação é 1º ordem em A e o coeficiente angular é kp1. Fazendo a experiência para 2 valores de concentração em B, vamos ter kp1 = k e kp2 = k. Deste sistema de equações, sendo conhecidas as concentrações iniciais [B]1 e [B]2, determina-se a constante de velocidade k e a ordem b.
Parte Experimental
Material
- Espetrofotómetro UV-vis - “Unicam Heλios α”;
- Células espetrofotométricas – células de quartzo “Unicam UV-Vis Spectrometry”;
- Balões de 50 ml;
- Pipetas graduadas e volumétricas;
- Erlenmeyers de 250 ml.
Reagentes
- Solução de violeta de cristal, C25H30ClN3, “Kristallviolet” – E. Merck, Darmstadt, 0,03 gL-1;
- Solução de NaOH 0,1 M previamente preparada.
Procedimento Experimental
Curva de calibração
1.1. Coloque os seguintes volumes de solução-mãe de violeta de cristal em balões volumétricos de 50 ml: 1,2,3,4 e 5 ml. Perfaça até ao traço com água destilada.
1.2. Coloque a solução preparada mais concentrada numa célula espetrofotométrica e trace o espetro no espetrofotómetro (entre 400 e 800 nm).
1.3. Leia o valor de comprimento de onda onde ocorre a máxima absorvância.
1.4. Fixe este valor de comprimento de onda no espetrofotómetro e meça a absorvância para todas as soluções preparadas.
Estudo cinético
2.1. Coloque 5 ml da solução-mãe de violeta de cristal num balão volumétrico de 25 ml e perfaça até ao traço (2x).
2.2. Coloque 2 ml da solução de NaOH 0,1 M num balão volumétrico de 25 ml e perfaça até ao traço.
2.3. Misture rapidamente estas soluções num erlenmeyer, iniciando a contagem do tempo com um cronómetro.
2.4. Faça 8 leituras de absorvância em intervalos de 3 minutos. Mantenha a célula fechada, para evitar a ação do CO2 do ar. Retire a célula durante o intervalo entre as leituras, para evitar o aquecimento da solução.
2.5. Repita o ensaio, mas colocando no segundo balão 4 ml de NaOH 0,1 M.
Resultados experimentais e cálculos
	Vvc (ml)
	Abs
	1
	0,111
	2
	0,237
	3
	0,363
	4
	0,484
	5
	0,577
	2 ml de NaOH
	t (min)
	Abs
	67 s
	0,522
	3
	0,493
	6
	0,450
	9
	0,412
	12
	0,385
	15
	0,354
	18
	0,327
	4 ml de NaOH
	t (min)
	Abs
	58 s
	0,533
	3
	0,478
	6
	0,417
	9
	0,360
	12
	0,315
	15
	0,273
	18
	0,243
Exemplo de cálculo para a concentração de violeta de cristal
Uma vez que a base é a mesma para os restantes valores de volume é apresentado apenas uma demonstração de cálculo.
Assim, é apresentada a seguinte tabela com os restantes valores.
	cvc 
	Abs
	1,4902 × 10-6
	0,111
	2,9805 × 10-6
	0,237
	4,4707 × 10-6
	0,363
	5,9609 × 10-6
	0,484
	7,4512 × 10-6
	0,577
Com os valores obtidos, obtém-se o seguinte gráfico:
Gráfico 1 - Regressão linear da absorvância em função da concentração de violeta de cristal
	Através do gráfico obtido pode-se concluir que a solução obedece à Lei de Lambert-Beer, Abs=bc, uma vez que a absorvância é diretamente proporcional à concentração. Assim, é plausível continuar-se os cálculos em absorvância.
	Para a determinação de kp1 e kp2 é necessário que se calcule, com a solução de NaOH, os valores de 
Assim, obtém-se as seguintes tabelas.
	2 ml de NaOH
	t (s)
	
	67
	0,1001746786
	180
	0,1573330925
	360
	0,2485946837
	540
	0,3368189172
	720
	0,4045989322
	900
	0,4885453534
	1080
	0,5678820956
	4 ml de NaOH
	t (s)
	
	58
	0,07932084234
	180
	0,188231534
	360
	0,3247560447
	540
	0,4717382351
	720
	0,6052696277
	900
	0,7483704713
	1080
	0,8647808232
Com os dados das tabelas, construiu-se o seguinte gráfico:
Gráfico 2 - vs t
Pela análise do gráfico 2, é possível saber-se o declive das retas das regressões lineares. Para a solução com 2 mL de NaOH o declive é 4,585E-04. Para a de 4 mL de NaOH é de 7,714E-04. Desta forma temos que:
É preciso ainda calcular as concentrações de NaOH das respetivas soluções. Temos então:
Ou seja, para a solução de 2 mL temos a concentração de 0,004 M, e para a de 4 mL de 0,008 M.
A partir dos valores obtidos, é exequível o cálculo da ordem de reação em relação ao NaOH e também, da constant de velocidade da reação.
Como a concentração de NaOH é significativamente maior que a de violeta de cristal, considera-se que esta última terá uma variação proporcionalmente maior e, portanto, a concentração de NaOH pode ser considerada constante, e com valor aproximadamente igual à concentração inicial.
Dado que, , vem que:
			
 	↔	 		↔ 
↔	 ↔ ↔
↔	 ↔ ↔ 
Conclui-se então que o valor da ordem de reação, b, é 1,45 e que o valor da constante de velocidade, k, é 0,79 L.mol.s-1.
Conclusão
A espetrofotometria pode ser definida como uma técnica analítica que usa a luz para medir as concentrações das soluções, através da interação da luz com a matéria. Estas medidas são efetuadas por equipamentos denominados espetrofotómetros.
A lei de Beer-Lambert afirma que a concentração de uma substância é diretamente proporcional à quantidade de luz absorvida ou inversamente proporcional ao logaritmo da luz transmitida. A relação da lei entre concentração e absorção de luz é a base do uso de espetroscopia para determinar a concentração de substâncias, sendo, portanto utilizada para calcular as duas concentrações de NaOH, sendo a primeira concentração igual a 0,004 M e a segunda concentração igual a 0,008 M. A lei de Lambert-Beer refere-se ao gráfico 1 e pode observar-se que, de facto, a concentração é diretamente proporcional à concentração ao longo do tempo.
Por fim, e com base nos cálculos efetuados, constatamos que a ordem de reação, b, é igual a 1,435 e a constante de velocidade, k, é igual a 0,79 L.mol.s-1.
Webgrafia
https://pt.wikipedia.org/wiki/Espectrofotometria
https://pt.wikipedia.org/wiki/Lei_de_Beer-Lambert
http://www.ufrgs.br/leo/site_espec/
http://www.ufrgs.br/leo/site_espec/conceito.html