EXPERIMENTO N° 07: Determinação da ordem de reação entre tiossulfato de sódio e ácido clorídrico – Método de Velocidade Inicial

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA
CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E DA SAÚDE
CURSO FARMÁCIA
COMPONENTE CURRICULAR: Físico-Química Experimental
TURMA: QUARTA-FEIRA, 11 horas.
PROFESSORA: Dauci Pinheiro Rodrigues
RELATÓRIO - 06
	
EXPERIMENTO N° 07: Determinação da ordem de reação entre tiossulfato de sódio e ácido clorídrico – Método de Velocidade Inicial
ALUNO (A) = 
Campina Grande- PB
Junho de 2018
UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA 
LABORATÓRIO DE FÍSICO-QUÍMICA
PROFESSOR (a): Dauci Pinheiro Rodrigues
ALUNO (a): 
CURSO: Farmácia 
Título e nº do experimento: N°7 Determinação da ordem de reação entre tiossulfato de sódio e ácido clorídrico – Método de Velocidade Inicial
DATA DO EXPERIMENTO: 07 \03\ 18 
RECEBIDO EM:____\____\____ POR: __________ 
AVALIAÇÃO PREPARAÇÃO:______________
 RELATÓRIO: REFRATOMETRIA
 PROVA:_____________________
 NOTA GLOBAL:________
(_____________) RUBRICA DO (a) PROFESSOR (a) Dauci Pinheiro Rodrigues
INTRODUÇÃO 
A cinética química descreve o estudo quantitativo das mudanças de concentração com o tempo que ocorre uma reação química, ou seja, de forma geral pode-se determinar a velocidade que estas acontecem. Podemos dizer que a Cinética Química pode nos fornecer informações de grande importância sobre determinadas reações químicas. 
 A velocidade de uma reação química é o aumento na concentração molar do produto por unidade de tempo, ou o contrário, o decréscimo na concentração molar do reagente na unidade de tempo. O estudo da velocidade das reações pode possibilitar o controle da velocidade, tornando as reações mais rápidas ou lentas, de acordo com seus mecanismos. A velocidade de uma reação é afetada por alguns fatores, dentre os quais podemos citar temperatura, superfície de contato, pressão, concentração, presença de luz, catalisador e inibidores. 
A temperatura influencia na agitação das moléculas, Quanto mais calor, mais agitadas ficam as moléculas. O aumento da temperatura irá desencadear o aumento da energia cinética. Se as moléculas se movimentam mais, elas se chocam mais e com mais energia, diminuindo a energia de ativação e em consequência, aumenta o número de colisões efetivas e, portanto a velocidade da reação também aumenta. A pressão também exerce sua influência na velocidade da reação, pois quanto maior a pressão, as colisões ficam mais efetivas, aumentando a velocidade das reações. 
O Aumento do número de moléculas ocorre quando aumentamos a concentração, e consequentemente acelera a velocidade da reação devido o aumento de choque entre as moléculas. A luz influencia na velocidade das reações porque é uma energia na forma de onda eletromagnética e esta ajuda a quebrar a barreira da energia de ativação. Isso explica o fato de algumas reações químicas ocorrem com maior velocidade quando estão na presença de luz.
Os catalisadores e inibidores possuem relação com a velocidade de reação. Os catalisadores diminuem a energia de ativação e por consequência aumentam a velocidade de reação. Vale salientar que esse não altera a composição química dos reagentes e produtos envolvidos. Os inibidores atuam de forma contrária, aumentando a energia de ativação e diminuindo a velocidade de reação.
A lei da velocidade de uma reação química irá relaciona a velocidade de uma reação com a concentração dos reagentes elevados em certos expoentes. De modo geral podemos determinar a lei de velocidade de uma reação através de uma reação generalista:
a A + b B → c C + d D
Para essa reação generalista, podemos determinar a lei de velocidade da reação segundo a lei de Guldberg-Waage:
Velocidade = k [A]m [B]n
 Onde:
V = velocidade da reação;
k = constante de velocidade de reação; 
a = ordem da reação em relação a A;
b = ordem da reação em relação a B;
[ ] = concentração da substância em mol / L.
A ordem de uma reação é a soma dos expoentes das concentrações da equação da velocidade. Utilizando a equação anterior, calculamos a ordem de tal reação pela soma de (a + b).
Há uma energia mínima necessária para que a colisão entre as partículas dos reagentes ocorra, a energia de ativação, e assim resultar na reação química. As reações só ocorrem quando os reagentes atingem a energia de ativação.
Sendo a cinética química a parte da química que determina a velocidade das reações, é bastante utilizado nem diverso áreas como a farmacêutica na síntese e medicamentos, escolha da fórmula farmacêutica, na estabilidade de medicamentos em si, sendo o seu estudo de grande importância para diversos campos da saúde, indústria e outros. 
OBJETIVO
O experimento intitulado “Determinação da ordem de reação entre tiossulfato de sódio e ácido clorídrico – Método de velocidade inicial” possui como objetivo calcular a ordem da reação com relação os íons tiossulfato e aos íons hidrogênio, bem como a energia de ativação e as constantes de velocidade nas temperaturas, ambiente e a 10ºC.
Substâncias e materiais usados.
Substâncias usadas:
Tiossulfato de sódio (0,3 M e 1 M);
Ácido clorídrico (0,3 M e 2 M);
Água destilada;
Gelo;
Materiais usados:
Béqueres;
Provetas;
Pipetas volumétricas;
Cronômetros;
Termômetro;
Máscara;
Capela;
Luvas;
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Determinação da ordem da reação em relação ao tiossulfato.
Quadro 01: Concentrações dos íons tiossulfato em solução aquosa.
	Combinações
	Na2S2O3 (0,3 M)
	H2O
	1
	25 mL
	-
	2
	20 mL
	5 mL
	3
	15 mL
	10 mL
	4
	7,5 mL
	17,5 mL
	5
	5 mL
	20 mL
O procedimento experimental foi iniciado com base no quadro 1.
Em um béquer foi colocado a quantidade de Na2S2O3 0,3 M indicada no quadro de combinações, prosseguimos com o auxílio de uma proveta onde foi adicionado 5 mL de ácido clorídrico 2 M ao béquer que continha o Na2S2O3 0,3 M e a água. A adição de ácido clorídrico foi realizada na capela, e deu-se inicio a contagem do tempo, dispondo de um cronômetro. Agitando de modo continuo, quando a fita preta tornou se invisível, pausamos o cronômetro. Foram utilizados três cronômetros para determinar o tempo final, por meio das médias entre os três tempos. O procedimento descrito acima foi repetido para cada combinação descrita no quadro. 
Determinação da ordem de reação em relação ao ácido cloridrico.
Tabela 2 – Dados utilizados no procedimento 2
	Combinações
	HCl (0,3 M)
	H2O
	1
	10 mL
	-
	2
	7 mL
	3 mL
	3
	5 mL
	5 mL
 Colocou-se o béquer com a combinação 1 sobre uma fita preta e, adicionou-se 20 mL de Na2S2O3 1 M, disparando o cronômetro imediatamente. Agitou-se a solução constantemente, olhando por cima, até que a fita preta se tornasse invisível (momento em que o cronômetro era zerado). Anotou-se o tempo final. O procedimento foi repetido para as outras combinações. 
Determinação da ordem da reação em relação ao tiossulfato à uma temperatura inferior a do procedimento 1. 
 Foi preparado um banho de água e gelo em um béquer, adicionando gelo aos poucos até alcançar uma temperatura de 10°C. A uma proveta, adicionou-se 5 mL de ácido clorídrico. Colocaram-se o béquer contendo a primeira combinação e a proveta contendo o ácido clorídrico no banho de água e gelo, até que ambos atingissem 10°C. Nesse momento, colocou-se o béquer com a solução sobre a fita preta e adicionou-se o ácido ao béquer, marcando o tempo decorrido até que a fita se tornasse invisível. Anotou-se o tempo marcado e repetiu-se o procedimento para as outras combinações.
RESULTADOS E DISCURSÕES 
Dados referentes a contagem de tempo obtidos durante o procedimento experimental.
Tabela 3 – Anotação dos tempos de Reação
	Combinações
	Tempo de reação (segundos)
	
	Procedimento 1
Temperatura a 25ºC
	Procedimento 2
Temperatura a 25ºC
	Procedimento 3
Temperatura a 10ºC
	1
	12,09
	6,84
	29,77
	2
	16,85
	10,33
	-
	3
	17,61
	12,66
	43,32
	4
	34,80
	-
	-
	5
	51,17
	-
	116,5
RESULTADOS E DISCURSÕES 
Qual o tipo de reação estudada?A reação estudada é do tipo óxido-redução, ocorre a oxidação e redução dos elementos, nesta o átomo de enxofre sofre oxidação, perde elétrons. O átomo de enxofre sofre redução, ou seja, ganha elétrons.
Determinar graficamente e a ordem da reação com relação ao S2O32 e ao H+
Em cada gráfico o tiossulfato usado para determinação do α e o ácido clorídrico para determinação de β.
Procedimento 1
1º:→
2º: →→ 
3º:→→ 
4º:→→ 
5º: →→ 
ln 1/t
TABELA 4 - Procedimento 1 realizado na temperatura de 25ºC
	Combinações
	Tempo de Reação (seg)
	ln 1/t
	Na2S2O3 [Ao]
(mol/L)
	ln[A]o
	1
	12,09
	-2,4925
	0,25
	-1,3862
	2
	16,85
	-2,8249
	0,20
	-1,6094
	3
	17,61
	-2,8684
	0,15
	-1,8971
	4
	34,80
	-3,5496
	0,075
	-2,5902
	5
	51,17
	-3,9351
	0,05
	-2,9957
Gráfico 1 - Relação ln 1/t versus ln[A]o
Procedimento 2
1º: →→ 
2º:→→ 
3º: →→ 
ln 1/t
Tabela 5 - Procedimento 2 realizado na temperatura de 25ºC
	
Combinações
	Tempo de Reação (seg)
	ln 1/t
	[H+]=[B]0
	ln [B]0
	1
	6,84
	-1,9227
	0,1 M
	-2,3025
	2
	10,33
	-2,3350
	0,07 M
	-2,6592
	3
	12,66
	-2,5384
	0,05 M
	-2,9957
Gráfico 2 - Relação ln 1/t versus ln [B]
 
Procedimento 3 
Tabela 5 - Procedimento 3 realizado na temperatura de 10ºC
	Combinações
	Tempo de Reação t (seg)
	ln 1/t
	1
	29,77
	-3,3935
	2
	43,32
	-3,7686
	3
	116,5
	-4,7578
3– Calcular a ordem da reação global.
É chamada de ordem de reação ou reação global a soma das ordens de reação das espécies químicas pelo método das concentrações em excesso – velocidade inicial.
 A partir dos valores obtidos para α e β a 25ºC, é possível determinar a ordem da reação global, da seguinte maneira: 
 Ordem da reação com relação a (α) = 0,8641
 Ordem da reação com relação ao H+ (β) = 0,8909
 Ordem da Reação Global = α + β →
4– Determinar a constante de velocidade para as temperaturas utilizadas nos procedimentos 1 e 3, usando a equação dada.
Tabela 6 - Dados procedimento 1 (25ºC) e constante K
	Combinação
	Tempo de Reação, t(seg)
	Ln 1/t
	Na2S2O3 = [A0] (mol/L)
	ln[A]0
	Constante
K
	1
	12,09
	-2,4925
	0,25
	-1,3862
	
	2
	16,85
	-2,8249
	0,20
	-1,6094
	
	3
	17,61
	-2,8684
	0,15
	-1,8971
	
	4
	34,80
	-3,5496
	0,075
	-2,5902
	
	5
	51,17
	-3,9351
	0,05
	-2,9957
	
Determinação de K:
 – β ln[B]0 – α ln[A]0 + lnC
O valor de C é constante e igual a 0,14. O lnC é igual a -1,9661.
5-Determinar a constante de velocidade para as temperaturas utilizadas nos procedimentos 1 e 3, usando a equação (9).
Para a obtenção do cálculo da constante de velocidade, a [B] = [H+] foi encontrada, de acordo com a expressão matemática abaixo:
Procedimento 1.
Primeira Combinação.
Segunda Combinação. 
.
Terceira Combinação
Quarta Combinação.
Quinta Combinação.
Procedimento 3.
Primeira Combinação.
ln k 
Terceira Combinação.
1,1
Quinta Combinação.
6- Determinar o valor de K médio para cada temperatura.
Procedimento 1.
Procedimento 3.
Determinar a energia de ativação utilizando a equação (7.11) e graficamente através do gráfico de log K versus 1/T.
Para os cálculos da energia de ativação utilizou se os valores médios do K obtidos na questão anterior.
T1 = 25 + 273 = 298 K
T2 = 10 + 273 = 283 K
R= 8,314 J/mol.k
Km1 = 
Km2 = 
 x 8,314
Tabela: Temperatura (Kelvin), 1/T, K e lnK dos procedimentos 1 e 3
	Variáveis
	Procedimento 1
	Procedimento 3
	Temperatura (Kelvin)
	298
	283
	1/T
	0,003355
	 0,003533
	K
	
	
	ln k
	-2,3005
	-3,1442
Relação de ln k versus 1/T
Gráfico: Relação de ln k versus 1/T
Explique a influência da temperatura sobre a velocidade de reação (teoria cinética) e comprove na experiência que você realizou. 
A temperatura influencia na agitação das moléculas. Portanto, quanto mais calor, mais agitadas ficam as moléculas. Diante disso, se ocorrer o aumento da temperatura, há também o aumento da energia cinética. Se as moléculas se movimentam mais, elas se chocam mais e com mais energia, diminuindo a energia de ativação e em consequência, aumenta o número de colisões efetivas e, portanto a velocidade de reação também aumenta. 
No experimento pode ser comprovado o que prediz a teoria, a constante de velocidade do procedimento 1 foi maior que a constante do procedimento 3, sendo o primeiro realizado a uma temperatura de 28ºC e o segundo na temperatura de 10ºC.
Explique por que se mantém constante uma das concentrações durante a experiência. 
No procedimento 1 manteve se a concentração constante do HCl para que pudesse descobrir a ordem de reação do Na2S2O3, já no procedimento 2, foi mantida a concentração do Na2S2O3 constante para que pudesse determinar a ordem de reação do HCl. Em síntese, manteve se uma das concentrações para pudesse encontrar a ordem de reação do outro.
A energia de ativação é uma grandeza experimental? Como podemos determiná-la?
A energia de ativação é uma grandeza experimental, podendo ser determinada através de um gráfico do logaritmo natural da constante de velocidade versando com o inverso da temperatura, utilizando o coeficiente angular da reta formada. Pode ser determinada também pela equação de Arrhenius tendo o conhecimento de no mínimo duas constantes de velocidades em duas temperaturas. 
CONSIDERAÇÕES FINAIS 
O experimento foi satisfatório , visto que foi possível determinar a ordem da reação com relação aos íons tiossulfato de aos íons hidrogênio, bem como as constantes de velocidade em diferentes temperaturas (10 e 26 ºC) e a energia de ativação. Podemos ainda perceber a influencia da temperature e concentração dos reagents com relação a velocidade da reação. . O experimento é considerado de baixa complexidade, no sentido de sua execução prática, porém alguns erros estiverem presentes na execução do mesmo, erro esses não provocados, mas que são inerentes a prática, visto que é dependente da interpretação do analista.
REFERÊNCIAS
Universidade de São Paulo. Cinética Química. Disponível em: < http://ce.esalq.usp.br/arquimedes/Atividade09.pdf >. Acesso em junho de 2018.
AQUINO, K. Cinética Química. Universidade Federal de Pernambuco. Disponível em: <https://www.ufpe.br/cap/images/quimica/katiaaquino/2anos/aulas/cineticaquimica.pdf>. Acesso em junho de 2018. 
FLORENCE, A.T.; ATTWOOD, D. Princípios fisico-químicos em Farmácia. 3.ed. Editora Edusp, 2003.
FONSECA, Martha Reis Marques. Química: Físico-Química. São Paulo: FTD, 2007