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Cinética de Decomposição do Peróxido de Hidrogênio (H2O2) Ingrid Layanne dos S. Pereira, Letícia B. Vieira, José Carlos de Araújo C. Filho. Universidade Federal do Pará – Rua Augusto Corrêa, 01 – Belém – Pará – Brasil lala.ilsp@gmail.com Introdução O peróxido de hidrogênio, popularmente conhecido como água oxigenada, é um dos mais versáteis oxidantes que existe, superior ao cloro, dióxido de cloro e permanganato de potássio; através de catálise, H2O2 pode ser convertido em radical hidroxila com reatividade inferior apenas ao flúor. É reconhecidamente citado como o oxidante mais eficiente na conversão de SO2 em SO42-, um dos maiores responsáveis pela acidez das águas de chuva. Em adição ao controle da poluição, muitas vezes com ênfase ao monitoramento ambiental, o peróxido de hidrogênio é empregado nos processos de branqueamento nas indústrias têxtil, de papel e celulose, é também importante nas áreas envolvidas com alimentos, medicamentos, monitoramento de processos, dentre outras. Os processos mais eficazes no tratamento de efluentes são aqueles denominados como “Processos Oxidativos Avançados” (POA). Estes são baseados na geração do radical hidroxila que tem alto poder oxidante e pode promover a degradação de vários compostos poluentes em pouco tempo. O H2O2 pode ser determinado por volumetria, espectrofotometria, fluorimetria, quimiluminescência, algumas vezes com o emprego de fibra óptica, cromatografia e por métodos eletroquímicos. O presente trabalho tem como objetivo analisar a cinética de decomposição do peróxido de hidrogênio pela ação de um catalisador, por meio de um sistema manométrico, para comprovar que é possível quantificar a concentração de H2O2 decomposta pela concentração de O2 formada e definir a ordem desta reação. Procedimento experimental Foi preparada uma solução de 30 mL de H2O2 P.A. (Figura 1) diluída em água destilada até o volume final de 500 mL. Em seguida, foram transferidos 100 mL da solução diluída de peróxido de hidrogênio para um balão volumétrico e então adicionados 10 mL do catalisador, Iodeto de Potássio (KI), de concentração igual a 0,5 gmol/L. O balão foi acoplado ao sistema manométrico (Figura 2) devidamente vedado para não haver vazamento de gás, após verificar o equilíbrio hidrostático, a válvula foi fechada, comprimindo o gás, para que iniciasse a leitura do manômetro. Com o auxílio de um cronômetro foi medido o intervalo de tempo a cada centímetro do fluido deslocado no tubo manométrico, realizando o experimento em duplicata. Figura 1- Peróxido de Hidrogênio P.A. Figura 2- Balão volumétrico acoplado ao sistema manométrico Resultados e discussões A reação química de decomposição da água oxigenada em meio aquoso ocorre da seguinte forma: H2O2(l) K → 1 2 O2 (g) + H2O (l) (1) Para uma reação irreversível de 1ª ordem, pode-se obter: − d[H2O2] dt = K[H2O2] (2) − d[H2O2] dt = 2 [O2] dt (3) Para a realização do experimento foi proposto um mecanismo de catálise, pois ao inserir um catalisador a velocidade da reação irá acelerar, influenciando assim o K: KI + H2O2 → KIO + H2O (4) KIO + H2O2 → O2 + H2O + KI (5) A pressão parcial de O2 foi calculada segundo o princípio de Stevin: PO2 = PATM + ρH2O + g + H (6) Em que ρH2O é a massa específica da água, para este experimento considerou-se 0,9965 g.cm-3, assumindo que a temperatura era de aproximadamente 27ºC; g a aceleração da gravidade igual a 981cm.s-2; H a altura deslocada no manômetro em cm; PO2 a pressão parcial de O2 e PATM a pressão atmosférica equivalente a 1013250 dyn.cm-2. Para obter K, constante de velocidade da reação, utilizou-se a seguinte relação proposta para uma reação de 1ª ordem: Ln ( PO2 PO2 0) = K.t (7) Através da leitura do manômetro obteu-se os resultados da Tabela 1 para a reação de decomposição do H2O2: Tabela 1- Dados do experimento H (cm) t1 (s) t2 (s) PO2 (dyn/cm²) Ln (PO2/PO2º) 1 5,93 9,13 1014227,567 0 2 12,68 18,42 1015205,133 0,000963389 3 21,37 28,02 1016182,7 0,001925851 4 27,82 36,71 1017160,266 0,002887387 5 38,34 46,4 1018137,833 0,003848 6 45,59 55,46 1019115,399 0,004807691 7 54,28 64,16 1020092,966 0,005766461 Por meio das relações e dos gráficos 1 e 2 adquiriu-se K de aproximadamente 1,178×10-4 s-1 e 1,045×10-4 s-1 para os respectivos intervalos de tempo, t1 e t2, e coeficientes de correlação (R2) de 0,9976 e 0,9998. Gráfico 1- Teste para reação de 1ª ordem da corrida 1 Gráfico 2- Teste para reação de 1ª ordem da corrida 2 A temperatura interfere diretamente na expansão do gás, pois a troca de calor do ambiente com o sistema manométrico resultará no aumento da velocidade de efusão, deslocando-o para direção onde a pressão é menor, por este motivo, o efeito da temperatura pode causar erros. Além disso, as leituras dos operadores podem resultar em possíveis imprecisões nos dados. Por ser um experimento realizado a baixas pressões é imprescindível que o sistema esteja devidamente vedado, pois o manômetro é extremamente sensível a troca de calor e qualquer escape gasoso e ocasionará em desvios significativos nos resultados obtidos. O ideal seria que houvessem mais repetições para que o trabalho científico apresentasse maior confiabilidade e reprodutibilidade. Conclusão Devido aos altos valores dos coeficientes de correlação (0,9976 e 0,9998) obtidos pelo teste realizado para a pressão parcial de O2 é possível quantificar a decomposição do peróxido de hidrogênio, já que O2 é produzido a partir da decomposição de H2O2, então é correto afirmar que a reação segue o modelo de 1ª ordem. Foi citado também que se houvessem mais repetições os resultados obtidos seriam mais confiáveis. É de extrema importância que o sistema manométrico esteja vedado e isolado termicamente, pois a temperatura é a variável que mais resulta em erros, já que este é imensamente sensível à troca de calor. A leitura dos operadores também foi decisiva para a precisão dos resultados obtidos. Referências Bibliográficas 1. CONCEIÇÃO, Elizeu M; FILHO, José C.A.C. Cinética de decomposição do Peróxido de hidrogênio (H2O2). Instituto de Tecnologia, UFPA. Belém, 2016. 2. Handbook of Chemistry and Physics, CRC press, Ed 64. 3. MATTOS, Ivanildo Luiz De. “PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO: IMPORTÂNCIA E DETERMINAÇÃO”; Quim. Nova, Vol. 26, No. 3, 373- 380, 2003.
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