Relatório Cinética química 2

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ 
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS 
 ENGENHARIA QUÍMICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Cinética Química: 
 Determinação da ordem de reação e da constante de velocidade 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Novembro-2017 
 Ilhéus-Bahia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cinética Química: 
 Determinação da ordem de reação e da constante de velocidade 
 
 
 
 
 
Relatório apresentado como parte dos 
critérios de avaliação da disciplina CET984 
– Físico-química II P (04), 30 de novembro 
de 2017. 
 
 Professor – Fernando Cesário Rangel 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Novembro-2017 
 Ilhéus-Bahia 
1. Resultados e discussões 
A partir do procedimento realizado variando-se a concentração do tiossulfato de 
sódio (Na2S2O3) e mantendo-se constante a concentração do ácido clorídrico 
(HCl), pode-se aferir o tempo de início da reação, o qual está exposto na tabela 1 
com a respectiva concentração. 
Tabela 1: Resultados obtidos experimentalmente 
Número do tubo de 
ensaio 
[Na2S2O3] / mol.L
-1 Tempo de reação/ s 
01 0,15 17,48 
02 0,12 21,99 
03 0,09 28,75 
04 0,06 43,53 
 
A equação química da reação é dada por: 
 
 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (1) 
 
Pelos dados obtidos é possível observar que o tempo necessário ou a 
velocidade para que a reação ocorra está relacionado com a concentração dos 
reagentes. Um parâmetro fundamental estudado na cinética química é a ordem 
de reação química, que é uma relação matemática que existe entre os 
reagentes e a taxa da reação. A ordem de reação é expresso na lei de 
velocidade, que para a equação química 1 é representada abaixo: 
 [ ]
 [ ] 
 
(2) 
Assim como a ordem de reação, a constante de velocidade é obtida 
experimentalmente, sendo este o principal objetivo do relatório. A princípio 
plotou-se o gráfico da concentração do tiossulfato de sódio pelo tempo. 
 
 
Figura 1. Concentração do tiossulfato de sódio pelo tempo. 
 
A taxa de consumo do tiossulfato de sódio é a inclinação da tangente da curva 
no momento de interesse, desta forma calculou-se a taxa de reação para cada 
tempo calculado substituindo os mesmo na equação da reta tangente. 
 
 ( ) (3) 
 
As taxas de reações encontradas estão expostas na tabela 2. 
Tabela 2: Resultados encontrados para as taxas de reação. 
Número do tubo de 
ensaio 
Tempo de reação/ s Taxa da reação/ 
(mol/Ls) 
01 17,48 0,141 
02 21,99 0,121 
03 28,75 0,094 
04 43,53 0,045 
 
Conforme os dados obtidos pode-se afirmar que a diminuição da concentração 
ocasiona na diminuição da taxa de reação; visto que com uma concentração 
reduzida a probabilidade de ocorrer colisões efetivas com orientações 
favoráveis é menor quando comparada a uma concentração maior, acarretando 
assim, numa menor taxa de reação. 
y = 0,0001x2 - 0,0113x + 0,3075 
R² = 0,9994 
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0 10 20 30 40 50
[N
a 2
S 2
O
3]
 (
m
o
l/
L)
 
Tempo (s) 
[Na2S2O3] x Tempo 
Existem alguns métodos para determinar a ordem de reação, o método 
utilizado consistiu na linearização dos valores das razões de tempo e 
concentração, valores estes que estão dispostos na tabela 3. 
 
Tabela 3: Valores das razões utilizadas 
Razões dos 
tempos (tx+1/tx) 
Razões das 
concentrações 
([A]x/[A]x+1) 
ln(tx+1/tx) ln([A]x/[A]x+1) 
1,258 1,25 0,230 0,223 
1,307 1,33 0,268 0,288 
1,514 1,50 0,415 0,405 
 
Sendo assim, de acordo com a equação 4 plotou-se o gráfico, sendo o 
coeficiente angular da ordem da reação. 
 
 (
 
 
) (
[ ] 
[ ] 
) 
(4) 
 
Figura 2: Ln das razões dos tempos x Ln das razões das concentrações. 
 
y = 1,0443x - 0,0148 
R² = 0,9752 
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0,450
0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500
Ln
 d
as
 r
az
õ
e
s 
d
o
s 
te
m
p
o
s 
 
Ln das razões de concentração 
Logaritmo natural das razões dos tempos x 
Logaritmo natural das razões das 
concentrações 
Portanto, de acordo com a equação presente no gráfico da figura 2, a ordem de 
reação do tiossulfato de sódio é aproximadamente 1, isto é, a taxa de reação é 
proporcional a concentração do mesmo. 
Na segunda parte do experimento, foi feito o inverso, ou seja, manteve-se a 
concentração do tiossulfato de sódio constante e variou-se a concentração do 
ácido clorídrico. Foram medidos os tempos até que ocorresse alguma alteração 
na solução em observada e os valores estão dispostos na tabela 4: 
 
Tabela 4: Valores obtidos experimentalmente 
Número do tubo de 
ensaio 
[Na2S2O3] / mol.L
-1 Tempo de reação/ s 
01 3 17,94 
02 1,8 18,7 
03 0,6 21,42 
Com estes valores obtidos experimentalmente, foi plotado um gráfico da 
concentração de ácido clorídrico pelo tempo decorrido até que houvesse 
reação, este gráfico serviu tanto para a análise da relação entre concentração e 
tempo e também para se obter os valores da taxa de consumo do ácido 
clorídrico. 
Figura 3: Concentração de HCl pelo tempo. 
 
y = 0,3269x2 - 13,558x + 141,01 
R² = 1 
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
17 18 19 20 21 22
[H
C
l]
 /
 m
o
lL
-1
 
tempo / s 
[HCl] x tempo 
A taxa de consumo do ácido clorídrico foi obtida através da derivada da curva 
explicitada no gráfico aplicada a cada ponto e sua expressão analítica é: 
 
 ( ) ( ) . 
 
(5) 
Foi feito um gráfico da concentração do ácido clorídrico pelo tempo que se deu 
a reação, a fim de se analisar a ordem de reação que o mesmo possui. 
 
Figura 4: Concentração do ácido clorídrico pelo tempo 
 
Obteve-se uma reta decrescente, assim, é possível verificar que a 
concentração do reagente diminuiu uniformemente com o passar do tempo e 
que a ordem de reação é igual a zero. Além disso, é possível também 
determinar a partir do gráfico a constante de taxa de consumo da reação, 
sendo ela o coeficiente angular desta mesma reta e seu valor é de -0,6237, 
mas para este caso, o valor de K foi determinado utilizando-se apenas o 
resultado do reagente tiossulfato de sódio. 
Outra análise foi feita, desta vez, foi plotado um gráfico dos logaritmos naturais 
das razões de tempo e de concentração obtidos experimentalmente, a tabela 5 
reúne estes valores de razões. 
 
 
y = -0,6237x + 13,871 
R² = 0,9044 
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
17 18 19 20 21 22
[H
C
l]
 /
 m
o
lL
-1
 
Tempo / s 
[HCl] x tempo 
Tabela 5: Razões dos valores experimentais 
 Razões dos 
tempos 
Razões das 
concentrações 
ln(tx+1/tx) ln([A]x/[A]x+1) 
 [ ] [ ] 1,042 
 
1,667 0,0415 
 
0,5108 
 
 [ ] [ ] 1,145 1,333 0,1358 
 
1,099 
 
 [ ] [ ] 1,194 1,5 0,1772 
 
1,609 
 
 
A partir dos valores dos logaritmos dessas razões foi possível obter a ordem de 
reação a partir do coeficiente angular da reta, cujo processo está descrito no 
apêndice. 
Figura 5: Logaritmo das razões dos tempos x logaritmo das razões das 
concentrações 
 
O valor do coeficiente angular foi de 0,1245, o que pode ser considerado 
próximo de zero e coincide com a análise feita anteriormente, portanto, conclui-
se com mais confiabilidadeque o valor de ordem de reação para este reagente 
é igual à zero. 
y = 0,1245x - 0,0154 
R² = 0,9678 
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0,18
0,2
0 0,5 1 1,5 2
Ln
 d
as
 r
az
õ
e
s 
d
o
s 
te
m
p
o
s 
Ln da razões das concentrações 
Razões ln(t) x lv([HCl]) 
A partir das ordens de reação de cada regente foi possível obter o valor da 
constante de velocidade, sendo beta igual à zero, a equação 2 é expressa 
como: 
 
 
[ ] 
 (6) 
 
Os dados expostos na tabela 6 mostram os valores da constante de velocidade 
para cada concentração e sua respectiva taxa de reação. 
 
Tabela 6: Constante de velocidade para cada variação de concentração 
Número do tubo de ensaio K 
01 0,057 
02 0,063 
03 0,069 
04 0,049 
 
2. Conclusão 
A prática realizada permitiu verificar a influência da concentração na taxa de 
reação, assim como determinar a partir de modelos matemáticos a ordem das 
reações e a constante de velocidade. Para o tiossulfato de sódio a ordem de 
reação foi aproximadamente um, ou seja, a taxa da reação é proporcional à 
concentração do mesmo. A ordem de reação encontrada para o ácido clorídrico 
foi aproximadamente zero, sendo assim, variações na concentração do ácido 
clorídrico não provocam alterações na taxa de reação. A constante de 
velocidade foi em média 0.059, para cada procedimento não foi possível 
encontrar os mesmos valores devido aos erros experimentais, como na 
medição do tempo e principalmente na preparação das soluções, uma vez que 
o instrumento de medida utilizado foi a proveta. 
 
 
 
 
3. Apêndice A 
A segunda análise feita para se obter o valor de alfa foi realizada da seguinte 
maneira: 
Da equação 1 temos que: 
 [ ]
 [ ]
 
Tomando-se [ ]
 e (
 
 
), é possível determinar as razões tanto 
dos tempos quanto das concentrações: 
 
 [ ] 
 
 
 
 
 [ ] 
 
 [ ] 
 
 
 
 
 
 (
[ ] 
[ ] 
)
 
 
Tomando a variação do tempo como não sendo infinitesimal: 
 
 
 (
[ ] 
[ ] 
)
 
 
E por fim, aplicando logaritmo natural aos dois lados da igualdade, temos: 
 
 (
 
 
) (
[ ] 
[ ] 
) 
(7) 
Então, a partir do gráfico obtido, é possível determinar o valor da ordem de 
reação, que para este caso é o coeficiente angular da reta obtida. 
Vale ressaltar que foi mantido o efeito de um dos reagentes constante e feita à 
análise de apenas um reagente por vez por este método anteriormente 
descrito, alterando apenas os valores de [ ] para [ ] 
 
 
 
4. Referências 
[1] Atkins, Peter. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio 
ambiente/ Peter Atkins, Loretta Jones; tradução: Ricardo de Alencastro. -5.ed-
Porti Alegre: Bookman,2012. 
[2] O. André. Ordens não inteiras em cinética química. Instituto de química, 
Universidade Federal do Rio de Janeiro, 21941-909 Rio de Janeiro- RJ-Brasil.