Experimento 8 Determinação da Energia de Ativação de uma Reação Química Iônica

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INTRODUÇÃO
A energia de ativação é a quantidade mínima de energia necessária para que a colisão entre as partículas dos reagentes, feita numa orientação favorável, seja feita e resulte em reação.
A energia de ativação é um obstáculo para que a reação ocorra e ela é necessária para romper as ligações dos reagentes. Com isso, a reação ocorre e novas ligações são feitas para a formação dos produtos. A energia de ativação (Eat) pode ser representada como a diferença entre a energia necessária para que a reação tenha início (E) e a energia própria contida nos reagentes (Er):
 (1)
Quando a colisão entre as partículas dos reagentes com orientação favorável ocorre com energia igual ou superior à energia de ativação, antes da formação dos produtos, forma-se um estado intermediário e instável, denominado complexo ativado, em que as ligações dos reagentes estão enfraquecidas e as ligações dos produtos estão sendo formadas. Assim, a energia de ativação é a energia necessária para formar o complexo ativado.
A Figura 1 mostra a energia de ativação como uma barreira para a efetivação da reação:
Figura 1
A equação de Arrhenius fornece a base de relacionamento entre a energia de ativação e a velocidade na qual a reação se processara, através da equação matemática:
 (2)
 (3)
Onde  é o fator de frequência para a reação, R é a constante universal dos gases correspondente a 8,314 J/mol.K, e T é a temperatura (em kelvins). Quanto maior a temperatura, mais facilmente a reação será capaz de sobrepujar a energia de ativação.  é um fator espacial, o qual expressa a probabilidade das moléculas possuírem uma orientação favorável e serem capazes de se estabelecer na colisão. Para que a reação aconteça e ultrapasse a energia de ativação, a temperatura, orientação e energia das moléculas devem ser substanciais.
OBJETIVOS
Determinar a energia de ativação da reação de oxi-redução entre o íon permanganato, , e o íon oxalato.
MATERIAIS UTILIZADOS
Pote de sorvete
Cronômetro (Instrutherm CD - 2800)
3 Banho Termostático (Solar 220V)
2 Termômetros PT-03
4 Erlenmeyers 125 mL (Vridrolobor)
2 Pipetas Volumétricas 10 mL (Pyrex)
2 Peras pipetadoras
2 Béqueres 25 mL (Diagolab)
Solução aquosa de permangato de potássio 0,0050 mol/L
Solução aquosa de ácido oxálico 0,50 mol/L (preparada em H2SO4 1 mol/L)
Gelo
PROCEDIMENTOS
Colocou-se no erlenmeyer A 10 mL da solução de permanganato de potássio (que tem um coloração púrpura) e no erlenmeyer B 10 mL da solução de ácido oxálico (incolor) e levou-se os dois erlenmeyers para o banho de água com gelo. Aguardou-se a temperatura atingir o equilíbrio e anotou-se a temperatura da solução.
Adicionou-se rapidamente a solução do erlenmeyer B à solução do erlenmeyer A e ao mesmo tempo, disparou-se o cronômetro. Manteve-se a mistura sob agitação dentro do erlenmeyer e aguardou-se atentamente o momento em que desapareceu a coloração púrpura da solução ficando totalmente incolor e anotou-se o tempo de viragem.
Repetiu-se esse procedimento em um banho de água a temperatura ambiente e em mais três temperaturas superiores.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Ao adicionar a solução aquosa de permanganato de potássio () na solução de ácido oxálico (), em meio ácido H+, ocorre a reação abaixo:
	A reação simplificada é:
A partir dos dados experimentais construiu-se a Tabela 1.
	Temperatura das soluções e banho (ºC)
	Tempo de viragem (s)
	17,2
	1257
	28,0
	444
	34,5
	183
	44,8
	67
	53,8
	20
Tabela 1
	Com os dados obtidos na Tabela 1 pôde-se construir a Tabela 2, utilizando a equação abaixo para transformar a temperatura em kelvin.
 (4)
	t(s)
	Log (t)
	T (ºC)
	T (K)
	1/T (K-1)
	Log (1/T)
	1257
	3,0993
	17,2
	290,35
	0,00344
	-2,4634
	444
	2,6474
	28
	301,15
	0,00332
	-2,4789
	183
	2,2624
	34,5
	307,65
	0,00325
	-2,4881
	67
	1,8261
	44,8
	317,95
	0,00314
	-2,5031
	20
	1,3010
	53,8
	326,95
	0,00306
	-2,5143
Tabela 2
Com o auxílio do Origin 5.0 fez-se o gráfico de log (t) pelo log (1/T) e linearizou-o.
Gráfico 1
Linear Regression for Data1_B:
Y = A + B * X
Parameter	Value	Error
------------------------------------------------------------
A	89,12314	4,14762
B	34,90412	1,66596
------------------------------------------------------------
R	SD	N	P
------------------------------------------------------------
0,9966	0,06655	5	2,37841E-4
------------------------------------------------------------
A concentração inicial utilizada para as diferentes temperaturas foi a mesma, desta forma o tempo necessário para ocorrer a reação é proporcional ao valor da constante k. Então o coeficiente linear do gráfico é o ln A e o coeficiente angular é . Como o coeficiente de correlação R= 0,9966 encontrado para linearização da reta é um valor bem próximo de 1, o experimento foi satisfatório.
Com o objetivo de se determinar a energia de ativação da reação e os ln k para cada temperatura utilizou-se a equação 3 através dos seguintes cálculos:
	Com os valores obtidos para ln k construiu-se a Tabela 3.
	T (K)
	1/T (K-1)
	Ln K
	290,35
	0,00344
	-89,3996
	301,15
	0,00332
	-89,3897
	307,65
	0,00325
	-89,3841
	317,95
	0,00314
	-89,3756
	326,95
	0,00306
	-89,3687
Tabela 3
	Com os valores da Tabela 3 e com o auxílio do Origin 5.0 fez-se o gráfico de ln k por 1/T.
Gráfico 2
Linear Regression for Data1_B:
Y = A + B * X
Parameter	Value	Error
------------------------------------------------------------
A	-89,1218	0,00235
B	-80,73357	0,72505
------------------------------------------------------------
R	SD	N	P
------------------------------------------------------------
-0,99988	2,16157E-4	5	<0.0001
------------------------------------------------------------
Uma vez que o coeficiente de correlação (R) corresponde a -0,99988 o experimento foi satisfatório, pois esse valor é muito próximo de -1.
CONCLUSÕES
Através do experimento realizado pôde-se encontrar o valor da energia de ativação da reação entre permanganato de sódio e o ácido oxálico cujo valor corresponde a 667,4436 J/mol. O experimento foi satisfatório visto que o coeficiente de correlação obtido pelo gráfico 1 foi equivalente a 0,9966 que é um valor bem próximo de 1 e o valor encontrado pelo gráfico 2 equivale a -0,99988 que é muito próximo de -1.
REFERÊNCIAS
FOGAÇA, Jennifer. Energia de ativação. Disponível em <http://www.brasilescola.com/ quimica/energia-ativacao.htm>, acessado em 28 de novembro de 2014.
Energia de ativação. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_de_ativação>, acessado em 28 de novembro de 2014.