3 Tiossulfato Ordem de reação

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
DISCIPLINA: LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA III
TURMA: 4M23
PRÁTICA 3: DETERMINAÇÃO DA ORDEM DE REAÇÃO ENTRE O TIOSSULFATO DE SÓDIO E ÁCIDO CLORÍDRICO
Edson Batista Júnior
Raul Erikson Dantas Alves
Rejanne de Oliveira Souto
Rodrigo Mendes Costa
Thatiana de Araújo Sousa
Viviane de Oliveira Chaves
MOSSORÓ-RN
2018
1.INTRODUÇÃO
A cinética química é o estudo da velocidade das reações. A velocidade de uma reação é a rapidez com que os reagentes são consumidos ou a rapidez com que os produtos são formados. Pode ser definida também como sendo a variação da concentração de um dos componentes na reação em função do tempo. 
As leis de velocidade são equações diferenciais. Na cinética essas equações são classificadas de acordo com a ordem da reação. Sendo que a ordem de uma reação é definida como sendo a soma das potências dos termos de concentração que aparecem na equação da velocidade de reação. Dentre os métodos existentes para a determinação da ordem de uma reação química, um muito utilizado é o método das concentrações em excesso. Tal método utiliza em excesso todos os reagentes, exceto um. Este relatório irá abordar o estudo da velocidade de reação química entre o tiossulfato e o ácido. 
2.OBJETIVO
O objetivo do presente experimento é analisar e determinar a ordem global, energia de ativação e expressar a lei de velocidade da reação entre o tiossulfato de sódio e o ácido clorídrico de acordo com as condições apresentadas.
3.FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
A cinética química estuda a velocidade das reações e todos os fatores envolvidos diretamente ou indiretamente na velocidade. Em geral, mede-se a velocidade de reação a partir da divisão entre o valor da variação de concentração pela variação de tempo. 
A ordem de reação global é obtida a partir da soma das potências que as concentrações dos reagentes apresentam que está representada na equação seguinte, a qual os parâmetros são obtidos experimentalmente.
Onde: 	
K: constante de reação que relaciona velocidade e concentração.
α – ordem da reação em relação ao reagente A 
β – ordem da reação em relação ao reagente B
Alguns dos fatores responsáveis para que ocorra a variação das velocidades que são: 
- O estado físico dos reagentes: a velocidade de uma reação química segue esta ordem: gases>soluções>líquidos puros>sólidos, quanto a tendência de velocidade. Isso explica-se pelo efeito da superfície de contato, que agiliza o contato entre as partículas.
- Concentrações dos reagentes: Geralmente quanto mais concentrado mais rápida será a velocidade e isso se explica pelo aumento das colisões das moléculas.
-Temperatura: A velocidade das reações aumenta com o aumento da temperatura. Pois aumentará a agitação das moléculas.
O método da velocidade inicial (Vi) consiste em manter a concentrações de um dos reagentes constante e então determinar a ordem com relação ao outro reagente que está variando. 
 (1)
Onde temos a razão entre a variação da concentração e a variação do tempo.
Sabendo que (2)
Aplicando o logaritmo nas equações (1) e (2), depois igualando-as resultará na equação para o cálculo da constante de velocidade:
Onde,
C1= concentração do H+
C2= concentração do S2O32-
4.MATERIAIS E MÉTODOS
4.1MATERIAIS
11 Beckers de 100 ml
3 Pipetas volumétricas de 10 ml
2 Pipetas graduadas de 5 ml
1 Becker de 1000ml
1 Cronômetro
2 Termômetros de 100ºC
5 Beckers de 50 ml
1 Proveta de 50 ml
1 Proveta 10 ml e 1 pipeta volumétrica de 25 ml
Na2S2O3 (0,3M e 1M)
HCl (0,3M e 2M)
Água destilada
Gelo
4.2PROCEDIMENTO
Parte 1: Determinação da ordem de reação em relação ao tiossulfato.
Para cada uma das combinações apresentadas na Tabela 1, adicionou-se em um Becker de 100 ml os seguintes volumes:
Tabela 1: Misturas em relação ao tiossulfato.
	Combinações
	Na2S2O3(ml) 0,3M
	H2O (ml)
	I
	12,5
	0
	II
	10
	2,5
	III
	7,5
	5
	IV
	3,75
	8,75
	V
	2,5
	10
Fonte: Autoria própria (2018).
Colocou-se no Becker contendo cada combinação, uma fita preta que serviu de indicador do tempo para que se formasse uma quantidade determinada de enxofre. Em uma proveta foi adicionado 5 ml de HCl 2M. Em seguida, adicionou-se o ácido pipetado ao Becker que continha a solução da combinação I e começou a contagem do tempo, agitando continuamente até que não fosse mais possível visualizar a fita preta olhando de cima para baixo. Assim, marcou-se o tempo final da reação. Repetiu-se o mesmo procedimento para as demais combinações preparadas anteriormente. 
Parte 2: Determinação da ordem de reação em relação ao ácido.
Para cada uma das combinações indicadas na Tabela 2 adicionou-se um Becker de 100 ml nos volumes indicados: 
Tabela 2: Misturas em relação ao ácido.
	Combinações
	HCl (ml) 0,3M
	H2O (ml)
	I
	10
	0
	II
	7
	3
	III
	5
	5
 Fonte: Autoria Própria (2018).
Adicionou-se à combinação I, 20 ml de solução 1M de Na2S2O3 e iniciou-se a contagem do tempo. Marcou-se o tempo necessário para que não fosse mais possível visualizar a fita preta, como ocorrido na parte 1, correspondendo ao tempo final. Repetiu-se o mesmo procedimento para as outras combinações.
Parte 3: Determinação da ordem de reação em relação ao tiossulfato a temperatura no intervalo de 11ºC.
Preparou-se em um Becker de 1000ml um banho de água e gelo, adicionando-se gelo até alcançar a temperatura no intervalo de 10°C a 15°C. Adicionou-se pequenas porções de gelo para que fosse mantida essa temperatura durante todas as medidas. Colocou-se o Becker com a combinação I da tabela 1 e a proveta contendo 5 ml de HCl 2M no banho de gelo até atingirem a temperatura desejada. Adicionou-se o ácido à solução e iniciou-se a contagem do tempo até que não fosse mais possível ver a fita preta no fundo do Becker indicando com isso o fim da reação. Repetiu-se o mesmo procedimento para as combinações III e V da tabela 1.
Tabela 3: Misturas em relação ao tiossulfato a temperatura no intervalo de 11°C.
	Combinações
	Na2S2O3(ml) 0,3M
	H2O (ml)
	I
	12,5
	0
	III
	7,5
	5
	V
	2,5
	10
Fonte: Autoria Própria (2018).
5.RESULTADOS E DISCUSSÕES
Parte 1: Determinação da ordem parcial de reação em relação ao tiossulfato.
Na2S2O3 → 2Na+ + S2O32
Foi feito o cálculo da concentração final de cada solução a partir da seguinte equação: 
C1 * V1 = C2 * V2
Os valores obtidos de concentração e tempo medidos no experimento estão apresentados na tabela seguinte:
Tabela 4: Resultados parte 1.
	C1 (mol/L)
	C2(mol/L)
	Tempo (s)
	1/t
	Delta C (mol/L)
	k
	0,214
	0,5714
	11,4
	0,0877
	0,3574
	0,3464
	0,171
	0,5714
	12,7
	0,0787
	0,4004
	0,4939
	0,128
	0,5714
	17,42
	0,0574
	0,4434
	0,6265
	0,064
	0,5714
	35,42
	0,0282
	0,5074
	1,0373
	0,043
	0,5714
	170
	0,0058
	0,5311
	0,5939
Fonte: Autoria Própria (2018).
Com os dados obtidos na Tabela 4, plotou-se o gráfico do log(t-1) pelo log C que está apresentado a seguir: 
A partir do gráfico, obteve-se a equação da reta:
y = 1,5583x + 0,0876
	Com a equação da reta foi possível obter o valor do coeficiente angular da reta que corresponde ao valor da ordem de reação para o tiossulfato.
m = 1,5583
Parte 2: Determinação da ordem parcial de reação em relação ao H+
HCl → H+ + Cl- 
Foi feito o cálculo da concentração final de cada solução a partir da seguinte equação: C1 * V1 = C2 * V2
Os valores obtidos de concentração e tempo medidos no experimento estão apresentados na tabela seguinte:
Tabela 5: Resultados da parte 2.
	C1(mol/L)
	C2(mol/L)
	tempo (s)
	1/t
	Delta C 
	k
	0,1
	0,6667
	3,05
	0,3278
	0,5667
	1,0059
	0,07
	0,6667
	4,01
	0,2493
	0,5967
	1,0465
	0,05
	0,6667
	5,07
	0,1972
	0,6167
	1,0947
Fonte: Autoria Própria(2018).
Com os dados obtidos na tabela anterior, plotou-se o gráfico do log (t-1) pelo log C que está apresentado a seguir:
	Deste gráfico obteve-se a equação da reta de tendência e o seu coeficiente angular: 
y = 0,7335x + 0,2475 n = 0,7335
Com isso, pode-se determinar a ordem de reação global que é a soma das ordens das espécies analisadas pelo método da velocidade inicial. 
m+n = 2
Parte 3 – Determinação da energia de ativação 
	Combinações 
	 C1 (mol/L)
	C2(mol/L)
	Tempo (s)
	1/t
	Delta C
	k
	I
	0,214
	0,5714
	34
	0,0294
	0,3574
	0,0474
	III
	0,128
	0,5714
	38
	0,0263
	0,4434
	0,0119
	V
	0,043
	0,5714
	150
	0,0067
	0,5284
	0,0766
Fonte: Autoria própria (2018)
A partir do gráfico obteve-se o novo coeficiente angular que é igual a ordem de reação: N = 0,977
Com os valores da constante de velocidade para temperatura de 298,15K (Parte I) e de 289,15K (Parte 3) calculou-se a energia de ativação a partir da equação de Arrhenius: E = 123KJ/mol
6.CONCLUSÃO
A partir do experimento e cálculos realizados definiu-se as constantes de velocidades de acordo com a temperatura desejada. Com isso, pôde-se observar que a temperatura influencia diretamente na velocidade da reação. Sendo comprovado pela parte 3 do experimento onde ouve uma diminuição da temperatura e consequente diminuição da constante de velocidade. 
 
7.ANEXO
A temperatura influencia diretamente na velocidade de reação. Isso se explica pela relação que a temperatura tem com a agitação das moléculas. Quanto maior a temperatura, maior será a agitação, consequentemente aumenta a energia cinética. Assim, elas se chocam mais ficando com mais energia e a velocidade da reação também aumenta.
Mantendo-se uma das concentrações com valores constantes é possível obter a ordem parcial de reação para o outro reagente não constante (reagente limitante).
A energia de ativação pode ser obtida experimentalmente a partir de processos reacionais utilizando diferentes faixas de temperatura. Pode ser calculada pela equação de Arrhenius: 
8.REFERÊNCIAS
FOGLER, H.S., Elements of Chemiacal Reactions Engineering. (4th Edition) Prentice Hall, New Jersey, 2005.
ATKINS,P.;JONES,L. Princípios da Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, ed. Bookman, Porto Alegre, 2001.
SANTOS, Daniel Nascimento dos et al. Determinação da ordem de uma reação química pelo método das concentrações em excesso. 2010. Disponível em: <https://pt.scribd.com/document/52849751/Relatorio-Metodo-das-Concentracoes-em-Excesso>. Acesso em: 04 mar. 2018.
CASTILHO, André Luiz G. de; COSTA, William Henrique P.. Determinação da ordem de reação do tiossulfato em meio ácido. 2012. Disponível em: <https://pt.scribd.com/document/245396026/DETERMINACAO-DA-ORDEM-DE-REACAO-DO-TIOSSULFATO-EM-MEIO-ACIDO>. Acesso em: 03 mar. 2018.