Determinação de Grandezas Termodinâmicas usando Espectroscopia no UVVis

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA NATUREZA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA FUNDAMENTAL LICENCIATURA EM QUÍMICA
Experimento 1 – Determinação de Grandezas Termodinâmicas usando Espectroscopia no UV/Vis
RECIFE, 2014
INTRODUÇÃO
Uma reação em equilíbrio é aquela em que as proporções de produtos e reagentes se mantém constantes a partir de um determinado tempo após ter iniciado a reação. Segundo o princípio de Le Chatelier, quando ocorre qualquer perturbação nesse equilíbrio, ele se desviará para anular essa perturbação, ou seja, se há uma adição de produto, o equilíbrio se deslocará no sentido inverso, produzindo mais reagentes até que a reação esteja novamente em equilíbrio, assim como o contrário também acontece. No entanto, há outras formas de se alterar o equilíbrio, e uma delas é aumentando a temperatura do sistema da reação, sendo assim o equilíbrio depende da temperatura em que a solução está.
Estando a solução em equilíbrio, e conhecendo as concentrações de seus componentes, é possível conhecer a constante de equilíbrio, K (1).
[Co(H O)
]2+
+ 4 Cl-	 	
[CoCl ]2-
+ 6 H O
2	6	(aq)
(aq)
4	(aq)
2 (l)
 	[ ]
 
 [ ( ) ][ ] 
(1)
O íon [CoCl4]2- é azul (número de coordenação 4), geometria tetraédrica, e o [Co(H2O)6]2+ rosa (número de coordenação 6), geometria octaédrica. A adição de calor à reação faz com que o equilíbrio inverta do sentido inverso para o direto, pois ocorreu a alteração da geometria e, por conseguinte, a alteração da coloração da solução.
A lei de Beer-Lambert é uma relação empírica que relaciona a absorção da luz com as propriedades da solução que é atravessada por ela, sendo assim, segundo essa lei, há uma relação entre a transmissão da luz e a concentração da substância em questão (2).
[[ 
] ] (2)
 
Foram utilizados os conceitos acima para, a partir do experimento, determinar os valores de
∆H° e ∆S°, assim como a concentração dos reagentes e produtos e a constante de equilíbrio da solução.
MATERIAIS E MÉTODOS
Materiais
Espectrômetro que opere na região do UV/Vis
Banho-maria com controle de temperatura: Becker (500mL), água destilada, termômetro 0- 100°C ( 0,02°C), 2 Beckers (25mL), aquecedor.
Reagentes
Solução aquosa de HCl 4,0 M
Solução de Cloreto de cobalto (II) anidro ou hexahidratado 0,02M Água destilada
Procedimento Experimental
Verifique a temperatura da solução produzida e obtenha o espectro UV/Vis da mesma nessa temperatura. Registre o valor numérico da absorbância em 690 nm.
Transfira a cubeta utilizada para obter o espectro, ainda com a solução de CoCl2, para o banho-maria e controle até 30ºC. Quando o equilíbrio térmico for alcançado, retire a cubeta, seca-a cuidadosamente com um lenço de papel e obtenha novo espectro. Sempre registrando o valor numérico da absorbância em 690 nm.
Repita o procedimento para temperaturas iguais a 50ºC, 70ºC e 90ºC.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Após realizados os procedimentos anteriormente citados e coletados os dados, foi realizado os seguintes cálculos:
Temperatura 26 °C
A= 0,065
[ 
 ] 
 
6Calculando [Co(H2O) 2+]:
4
2
6[CoCl 2-] + [Co(H O) 2+] = 0,02M
6
6[Co(H2O) 2+] = 0,020M – .10-4M [Co(H2O) 2+] = 1,9882246.10-2M
Calculando K:
 
[ ] [ ( ) ]
 
 ( ) 
lnK = ln → lnK = -10,69411556
 ( )
Temperatura 30 °C
A= 0,091
[ 
 ] 
 
Calculando [Co(H2O)62+]:
[CoCl42-] + [Co(H2O)62+] = 0,02M [Co(H2O)62+] = 0,02M – 1,6 .10-4M [Co(H2O)62+] = 1,9835144.10-2M
Calculando K:
 
[ ] [ ( ) ]
 
 ( ) 
lnK = ln → lnK = -10,35527151
Temperatura: 44 °C
A=0,111
[ 
 ] 
 
6Calculando [Co(H2O) 2+]:
4
2
6[CoCl 2-] + [Co(H O) 2+] = 0,02M
6
6[Co(H2O) 2+] = 0,02M – .10-4M [Co(H2O) 2+] = 1,9798913.10-2M
Calculando K:
 
[ ] [ ( ) ]
 
 ( ) 
lnK = ln → lnK = -10,15477249
Temperatura 60 °C
A=0,168
[ 
 ] 
 
6Calculando [Co(H2O) 2+]:
4
2
6[CoCl 2-] + [Co(H O) 2+] = 0,02M
6
6[Co(H2O) 2+] = 0,02M – .10-4M [Co(H2O) 2+] = 1,9695652.10-2M
Calculando K:
 
[ ] [ ( ) ]
 
 ( ) 
lnK
lnK = ln → lnK = -9,735109578
Foi utilizado ln(K) e para construir o gráfico e assim encontrar ∆H° e ∆S°.
Título do
 
Gráfico
-10,4
y
 
=
 
-2502,9x
 
-
 
2,2268
-10,6
R² =
 
0,936
-10,8
1/T(K)
Série1
Linear (Série1)
lnK
 
versus
 
1/T(K)
-9,6
2,90
E-033,
00E-033,10E-033,20E-033,30E-033,40E-03
-9,8
-10
-10,2 
Título do
 
Eixo
xo
 
i
E
o
 d
o
 l
tu
 
TíGráfico ln(K) versus 
 
A partir do gráfico, foi obtido a equação da reta da linha de tendência, 
 . Sabendo que , e tendo o conhecimento de que ( ) 
 
 , chegamos a , com , e , com . Sendo
assim,
 
 
 ( , endotérmica)
 (aumento de entropia,
 
aumento de desordem)
[Co(H O)
]2+
+ 4 Cl-	 	
[CoCl ]2-
+ 6 H O
2	6	(aq)
(aq)
4	(aq)
2 (l)
Com o aumento da temperatura, esperava-se que o entropia também aumentasse, como ocorreu. Assim como, com o resultado de , foi chegado à conclusão de que a reação no sentido direto é endotérmica e no sentido inverso exotérmica. A adição de calor à solução fez com que as moléculas de água do cristal se desprendessem, transformando o hidratado em anidro, modificando também a coloração.
	
	2-
[CoCl4 ]
	2+
[Co(H2O)6 ]
	[Cl-]
	K
	ln(K)
	1/T(K-1)
	26°C
	1,18.10-4M
	1,99.10-2M
	4,02M
	2,27.10-5
	-10,69
	3,34.10-3
	30°C
	1,65.10-4M
	1,99.10-2M
	4,02M
	3,18.10-5
	-10,36
	3,30.10-3
	44°C
	2,01.10-4M
	1,98.10-2M
	4,02M
	3,89.10-5
	-10,15
	3,15.10-3
	60°C
	3,04.10-4M
	1,97.10-2M
	4,02M
	5,92.10-5
	-9,74
	3,00.10-3
CONCLUSÕES
Após análise de todos os resultados, foi concluído que ao aumentar a temperatura, as moléculas de água se desprenderam do cristal, resultando na transformação do íon anidro para o hidratado. Para essa modificação, a solução absorvia calor, sendo assim endotérmica, como também pudemos constatar com o valor de entalpia padrão positivo, ∆H° = . A temperatura foi a responsável por deslocar o equilíbrio para o sentido direto, uma vez que antes de adicionado a reação era exotérmica, ocorrendo no sentido inverso.
REFERÊNCIAS
ATKINS, P.; JONES, L., Princípios da Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente, 2001, 357-475.