Relatório - Ordem de Reação – Cinética Química

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Instituto de Química
Departamento de Química Inorgânica - Química Geral Experimental B (QUI01161)
Graduação em Farmácia
Professora Roberta
Relatório De Experimental
Ordem de Reação – Cinética Química
Grazielle Rodrigues (nº 1) e Bárbara Nichele (nº 2)
Grupo 1
Realização do Experimento: 24 de Junho de 2013
Sumário
Materiais e Reagentes									03
Introdução										04
Parte A – Influência da concentração							05
Parte B – Influência da temperatura							07
Parte C – Catalisador									08
Questionário										09
Resultados e Conclusões								11
Causas de Erros										12
Bibliografia										13
Materiais e Reagentes
	Materiais
	Reagentes
	26 Tubos de Ensaio
	Na2S2O3 0,1 mol/L
	04 Buretas Volumétricas
	H2SO4 0,2 mol/l
	01 Pipeta volumétrica de 10 mL
	Solução de Fe(SCN)3
	Bastão de vidro
	Solução de CuSO4
	01 Cronômetro
	
	Bico de Bunsen
	
	Tela de Amianto
	
	Tripé
	
	Termômetro de Mercúrio
	
	Equipamentos de Proteção
	Jaleco
	Óculos de Segurança
Introdução – Ordem de Reação
	Quando trabalhamos com a velocidade de uma reação, estamos trabalhando essencialmente com noção de tempo, por isso a velocidade de uma reação é determinada como a variação que ocorre em determinado intervalo de tempo. A taxa de reação, ou a velocidade de uma reação química, trata-se da variação de reagentes consumidos por unidade de tempo, tal como o tempo de formação de novos produtos.
	A velocidade de uma reação pode ser medida através da Lei de Velocidade, que mostra como a velocidade depende da concentração dos reagentes, em que para uma reação global aA + bB → cC + dD, temos que a Lei de Velocidade é: V= k[A]m[B]n, onde k é a constante de velocidade, e os expoentes m, n e assim por diante, são a Ordem de Reação, os quais são determinados experimentalmente. 
	A lei de velocidade pode auxiliar a determinação das concentrações de reagentes e produtos em qualquer momento da reação. Para uma reação de primeira ordem (ordem igual a 1) a velocidade é proporcional à concentração de um único reagente elevado a primeira potência. Uma reação de segunda ordem é uma reação na qual a ordem de reação total é 2, assim como uma reação de terceira ordem é uma reação na qual a ordem de reação total é 3.
	A velocidade da reação pode sofrer influencia da concentração, pois a velocidade é diretamente proporcional à concentração dos reagentes. A tendência da velocidade é diminuir ma vez que na reação ocorre uma diminuição da concentração de reagentes devido à geração de produtos. A maioria das reações químicas ocorre mais rapidamente se a concentração de um dos reagentes é aumentada, pois na medida em que aumentam as concentrações, aumenta a quantidade e frequência do choque entre as moléculas, aumentando a velocidade. 
	A velocidade também é influenciada pela temperatura. A constante de velocidade (k) varia sua magnitude com a variação da temperatura e consequentemente determina como a temperatura afeta a velocidade. O aumento da temperatura faz aumentar a energia cinética das moléculas. À proporção que as moléculas se movem mais velozmente, elas se chocam com mais frequência e também com energia mais alta, ocasionando o aumento de suas velocidade.
	Outro fator que gera variação da velocidade é a presença de um catalisador. Os catalisadores são agentes que aumentam a velocidade da reação sem gasto de energia e sem serem utilizados na reação. Eles afetam o tipo de mecanismo das colisões, que levam a reação, e são de extrema importância fisiológica da maioria dos seres vivos, que necessitam de enzimas para aumentar a velocidade de determinadas reações bioquímicas.
	Nesta experiência, realizamos um estudo sobre a Ordem de Reação, com o objetivo de verificar a influência da concentração dos reagentes, da temperatura, do meio reacional e da presença de um catalisador na velocidade da reação.
Parte A – Influência da Concentração
	Para obsevarmos a influência das concentrações na velocidade da reação, na Cinética Química, submetemos as substâncias a diferentes concentrações. Esta primeira parte foi dividida em dois momentos: A.1 - Influência da Concentração do Ácido Sulfúrico e A.2 – Influência da Concentração do Tiosulfato de Sódio.
A.1 - Influência da Concentração do Ácido Sulfúrico
Inicialmente, pegamos quatro tubos de ensaios e secamos para a realização do experimento e enumeramos de 1 a 4. Em cada tubo foi colocado, através da bureta já ambientada, as quantidades descritas na tabela abaixo:
	Tubo
	H2SO2 0,2 mol/L
	H2O destilada
	Total
	01
	2 mL
	4 mL
	6 mL
	02
	3 mL
	3 mL
	6 mL
	03
	4 mL
	2 mL
	6 mL
	04
	6 mL
	0 mL
	6 mL
Em seguida, pegamos outros quatro tubos de ensaios e secamos para utilizarmos, em cada um deles adicionamos 6 mL de Na2S2O3 0,1mol/L com uma bureta já ambientada. Então, com todos os tubos de ensaios prontos, pegamos uma folha e fizemos um ponto de tamanho considerável para observar, através do tubo de ensaio, o momento em que a reação se concluísse, com a solução ficando turva ao ponto de não ser possível visualizá-lo mais. 
Logo após, colocamos o tubo número 1 em cima do ponto da folha e vertemos o tubo de Na2S2O3 e, imediatamente, iniciamos o cronômetro para obtermos o tempo de reação da solução e, observamos através do tubo de ensaio que estava apoiado em cima do ponto (visto de cima do tubo) o desaparecimento do ponto, devido à solução ficar cada vez mais turva, para pararmos o cronômetro. 
Repetimos o mesmo processo pros outros 3 tubos de ensaios, sempre observando o desaparecimento do ponto na folha e cronometrando o tempo, para determinar concentração × velocidade.
Os resultados obtidos são encontrados na tabela a seguir.
	Tubo
	Vtotal mL
	[H2SO4] (mol/L)
	Tempo (s)
	01
	12 mL
	0,033 mol/L
	70
	02
	12 mL
	0,05 mol/L
	58
	03
	12 mL
	0,06 mol/L
	58
	04
	12 mL
	0,1 mol/L
	53
A.2 – Influência da Concentração do Tiosulfato de Sódio.
Separamos quatro tubos de ensaios, secamos e enumeramos de 1 à 4. Em cada tubo foi colocado, através da bureta, as quantidades descritas na tabela abaixo:
	Tubo
	Na2S2O3 0,1 mol/L
	H2O Destilada
	Total
	01
	2 mL
	4 mL
	6 mL
	02
	3 mL
	3 mL
	6 mL
	03
	4 mL
	2 mL
	6 mL
	04
	6 mL
	0 mL
	6 mL
Pegamos outros quatros tubos de ensaios e secamos para a utilização. Em cada um deles adicionamos 6 mL de H2SO4 0,2 mol/L com uma bureta já ambientada. Com todos os tubos prontos, utilizamos a mesma folha do experimento A1 para servir como referência. Colocamos o tubo de número 1 em cima do ponto da folha e vertemos H2SO4 nele, e imediatamente iniciamos o cronômetro para vermos o tempo da mistura das soluções, o término do tempo se deu quando observamos de cima do tubo, que o ponto, em que o tubo estava apoiado, desapareceu. Além disso, a solução passa a ficar turva. Repetimos o mesmo processo para os outros 3 tubos de ensaios, para então comparamos todos os dados e determinar as diferenças encontrada entre concentração e velocidade.
	Tubos
	Vtotal (mL)
	[Na2S2O3] (mol/L)
	Tempo (s)
	01
	12 mL
	0,016 mol/L
	186 s
	02
	12 mL
	0,025 mol/L
	111 s
	03
	12 mL
	0,033 mol/L
	85 s
	04
	12 mL
	0,05 mol/L
	44 s
Parte B – Influência da Temperatura
Obsevarmos a influência da temperatura na velocidade da reação, na Cinética Química, submetendo as substâncias a diferentes temperaturas.
Inicialmente limpamos e secamos três tubos de ensaios para realização do experimento e enumeramos. Com a bureta (ambientada) colocamos 4 mL de Na2S2O3 0,1mol/L em cada um dos tubos. Em outros três tubos limpos e secos, colocamos 4mL de H2SO4 0,2mol/L. .Com os 6 tubos de ensaios prontos, pegamos um béquer de 250 mL onde colocamos 125 mL de água da torneira e colocamos os tubos dentro e aquecemos em banho maria. Pegamos um termômetro para poder observar a temperatura da água e então retiramos dois tubos para realizar a mistura.
Os primeiros tubos (um de Na2S2O30,1mol/L e o outro H2SO4 0,2mol/L) foram retirados em 30°C e um foi vertido no outro, imediatamente já começamos a cronometrar o tempo, agitamos com o bastão de vidro e reutilizamos a folha com o ponto desenhado utilizado na parte A do experimento, para novamente observamos através do tubo, o sumiço do ponto que ficava na parte inferior do tubo e a turvação completa da solução. No momento em que não foi mais possível visualizar o ponto, paramos o cronômetro.
Nos outros quatros tubos realizamos o mesmo procedimento, porém a segunda dupla dos tubos de ensaios foram retirados quando a temperatura chegou em 40°C e a terceira dupla foi retirada em 50°C.
Na tabela abaixo, encontramos os resultados obtidos. 
	Tubo
	Temperatura (°C)
	Tempo (s)
	01
	30
	27
	02
	40
	16
	03
	50
	09
Parte C – Influência do Catalisador
Observamos a influencia do catalisador na velocidade da reação, na Cinética Química, submetendo as substâncias a um processo com catalisador e outro sem.
Inicialmente limpamos e secamos dois tubos de ensaios, que foram enumerados. Em cada tubo colocamos 5 mL de Na2S2O3 0,1mol/L com a bureta ( já ambientada). Em outros dois tubos secos e limpos, adicionamos 5 mL de solução de Fe(SCN)3 pela bureta. Em um tubo de ensaio contendo 5 mL de Na2S2O3 vertemos uma solução de Fe(SCN)3 e, imediatamente, iniciamos o cronômetro para determinar o tempo da mistura, o termino da contagem foi realizado quando houve o desaparecimento da cor alaranjada que tem a solução de Fe(SCN)3. No segundo tubo adicionamos, através da pipeta já ambientada, 2 gotas de CuSO4 em tubo que contém Na2S2O3. Vertemos o tubo com solução Fe(SCN)3 em um tubo com Na2S2O3 e o CuSO4 (catalisador), imediatamente iniciamos o cronometro e o seu termino foi determinado com o sumiço da cor da solução. 
Na tabela abaixo, encontram-se os tempos de reação que foram obtidos nesta parte do experimento.
	Tubo
	Tempo (s)
	01 (sem catalisador)
	36 s
	02 (com catalisador)
	2 s
Questionário
Qual a influência da concentração do tiossulfato de sódio na velocidade da reação do item A.2? Qual a ordem da reação em relação ao tiossulfato de sódio (n), neste mesmo item? Justificar sua resposta. 
A concentração do tiossulfato de sódio influencia diretamente na velocidade da reação, pois quando a concentração varia, o tempo também. Ou seja, quanto maior a concentração, mais rápida é a reação. Como podemos ver nos tubos 1 e 3, variam a mesma proporção, sendo assim, de ordem 1.
Qual a influência da concentração do ácido sulfúrico na velocidade de reação do item A.1? Qual a ordem de reação em relação ao ácido sulfúrico (m), neste mesmo item? Justificar sua resposta.
O Ácido sulfúrico praticamente não influencia na velocidade da reação, deste modo, a ordem sendo zero (m=0). Por exemplo, quando tem alta variação nas concentrações do ácido, o tempo praticamente não muda, sendo assim, um determinante de ordem zero.
Escreva a lei de velocidade da reação obtida experimentalmente.
V= k[Na2S2O3]
Analise atentamente os coeficientes estequiométricos da reação (1) e compare com a lei da velocidade obtida experimentalmente. É possível supor que esta reação química seja um processo elementar (ocorra em uma única etapa) ou ocorra em mais de uma etapa? Justifique sua resposta.
Baseado nos coeficientes estequiométricos, será de ordem 2, porém como observado experimental, é ordem 0 (A1), então, essa divergência nas ordens, não trata-se de um processo elementar, mas sim em mais de uma etapa
Os valores de “n” e “m” foram determinados experimentalmente, pois este é o procedimento correto de determinar a ordem de uma reação química. Ao comparar os valores de “n” e “m” com os coeficientes estequiométricos da reação (1), que hipótese pode ser proposta para explicar a ordem de reação em relação ao ácido sulfúrico?
De acordo com os resultados obtidos, qual foi a influência da temperatura na velocidade de reação na PARTE B?
Quanto maior a temperatura, menor é o tempo e mais rápido será o processo para ocorrer a reação. Nos 30°C o tempo foi de 27s, em 40°C foi 16s e em 50°C foi 9s.
Qual a influência do catalisador na velocidade de reação (2) observada na PARTE C? De que maneira um catalisador pode influenciar a velocidade de uma reação química?
Influencia totalmente, pois sem o catalisador, foram necessários 36s para ocorrer a reação, já na solução com o catalisador, a reação ocorreu em 2s. O catalisador influenciou aumentando a velocidade sem gasto de energia.
No final do experimento, como você poderia separar o enxofre sólido formado do restante da mistura reacional?
É possível fazer a separação a partir da filtração à vácuo do enxofre.
Resultados e Conclusões
	Realizamos a experiência descrita neste relatório para verificarmos, experimentalmente, como as diferentes influencias determinam ordens de reações diferentes, as mesmas reações.
	Na Parte A, observamos a influência da concentração. Todos os tubos dispunham do mesmo volume, mas em concentrações de Ácido Sulfúrico (H2SO4) diferentes. Ao misturarmos com o Tiosulfato de Sódio (Na2S2O3), o qual manteve nesta parte do experimento sua concentração constante em todos os tubos, observamos tempos de reação muito próximos. Teoricamente, deveríamos obter o mesmo tempo de reação em todas as soluções, entretanto, ocorre um erro experimental, que será comentado na parte de Causas de Erros. Podemos inferir, então, que a reação na parte A1 é (eu esqueci). Já na parte A2 as soluções continham o mesmo volume, mas diferentes concentrações do Tiosulfato de Sódio. Essas soluções, misturadas ao Ácido Sulfúrico com a concentração constante possibilitaram observar que a concentração da solução dobrou, e seu tempo diminuiu, quase que pela metade. Baseado nesta observação foi possível concluir que a reação é de ordem (.....).
	Na Parte B da experiência, observamos a influência da temperatura na ordem de reação. Dispúnhamos de três tubos de ensaio com Tiosulfato de Sódio e três tubos de ensaio com Ácido Sulfúrico (em mesma quantidade, cada tubo possuindo 4 mL de cada reagente). Cada par de tubos (um com Ácido Sulfúrico e um com Tiosulfato de Sódio) foi submetido a temperatura diferentes (30°C, 40°C e 50°C), e conforme a temperatura aumentou, o tempo de reação diminuiu praticamente a metade, pois em 30°C obtivemos 27 segundos, em 40°C obtivemos 16 segundos e em 50°C obtivemos 9 segundos. Com a Parte B da experiência, conseguimos obervar que a reação foi de ordem (...).
	Já na Parte C testamos a influencia do catalisador, utilizando o catalisador CuSO4, cuja função é aumentar a velocidade da reação sem gerar gasto de energia, ou interação com os reagentes. Para comparação, realizamos uma reação com catalisador e uma sem, para que fosse possível observar como o catalisador atua. Em um primeiro tubo de ensaio, misturamos 5 mL de Na2S2O3 mais 5 mL de Fe(SCN)3 que possui uma cor alaranjada, ao misturarmos essa solução, o tempo de reação até o desaparecimento da cor alaranjada foi de 36 segundos. Em um segundo tubo, misturamos as mesmas quantidades de reagentes, mas adicionamos 2 gotas do catalisador. Ao misturarmos a solução, o tempo de reação foi muito menor, de apenas 2 segundos. 
	Com a comparação dos resultados obtidos, foi possível observar experimentalmente como as influências da concentração, temperatura, do meio reacional e de catalisadores modificam o tempo de reação de soluções, permitindo, assim, identificarmos a ordem de cada reação.
Causas de Erros
No decorrer da experiência, podem ocorrer pequenos erros que podem influenciar, de alguma forma, os resultados deste experimento.
	Podemos citar como causa de erro, por exemplo, os tubos de ensaios não estarem bem secos e limpos, alterando a concentração e quantidade de mistura nos tubos de ensaio. Outra falha é o erro na leitura da temperatura, encostando o termômetro no fundo do béquer, medindo assim a temperatura do béquer e não da água em banho maria. Ou cronômetro ser ativado em algum momento errado,são duas falhas humanas com erros que podem a vir alterar os resultados obtidos.
Além disso, um erro, que ocorreu no nosso experimento A1, foi que os tempos teoricamente, deveriam ter dado todos iguais, mas experimentalmente não ocorreu isso, pois o porém o olho humano, ao olhar um ponto por muito tempo, acostuma-se com a visão, e o tempo de reação do olhar diminuiu, ocorrendo erro na cronometragem, sendo assim considerado erro experimental.
Bibliografia
Apostila da disciplina de Química Geral Experimentaal – B
Química Geral e reações químicas – John C Kotz, Paul M. Treichel e Gabriela C. Weaver, 6º edição, volume 1.
Química Geral – J. Brady & G. Humiston