Relatório Hidrólise de Ésteres FisQui Exp

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE QUÍMICA
DEPARTAMENTO DE FÍSICO-QUÍMICA
LABORATÓRIO DE FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL
EXPERIMENTO: HIDRÓLISE CATALISADA DE UM ÉSTER
PROFESSORA: CYNTHIA FRAGA SCOFIELD
DATA DE REALIZAÇÃO DA PRÁTICA: 28/09/2016
DATA DE ENTREGA DO RELATÓRIO: 13/10/2016
COMPONENTES DO GRUPO:
RENAN BALASSIANO
LIDDY DE CASTRO SILVA
DJESON PERRUT RUSSEL MORETH
LUCA FERREIRA
I - INTRODUÇÃO TEÓRICA
Uma importante reação de ésteres é a sua hidrólise, é uma reação reversa da sua formação. Ela pode ser definida como uma reação química de “quebra de uma molécula por água”. A hidrólise do acetato de etila catalisada pela ácido clorídrico tem uma velocidade de reação mensurável em torno de 25ºC. A equação estequiométrica é dada por:
A velocidade com que um sistema reacional se aproxima do estado de equilíbrio é denominada velocidade de uma reação. A investigação cinética pode dizer como modificar as condições do sistema reacional de maneira a favorecer um dos sentidos, acelerar, retardar ou até mesmo impedir algumas reações. Algumas substâncias denominadas catalisadores podem afetar a velocidade das reações acelerando-as.
 A potência a que está elevada a concentração de uma espécie (produto ou reagente) na expressão da lei de velocidade é a ordem da reação em relação àquela espécie química e a soma das potências de todas as espécies químicas presentes na expressão informa a ordem global da reação. A reação de hidrólise do acetato de etila é considerada de pseudoprimeira ordem, segundo o método de isolamento. Uma equação de pseudo primeira ordem é muito mais fácil de analisar do que a lei de velocidade real, já que sua velocidade depende de apenas uma substância.
Para soluções diluídas, a concentração da água está em excesso e sua variação com o tempo pode ser desprezada com relação à da concentração do éster. Nos tempos iniciais da hidrólise as concentrações de etanol e ácido acético são muito pequenas, podendo ser desprezadas.
II – OBJETIVO
Determinar a ordem e a constante cinética da hidrólise catalisada de um éster.
III – METODOLOGIA
Material utilizado:
1 elenmeyer de 500 mL;
1 pipeta de 100 mL;
2 pipetas de 5 mL;
1 pera de borracha;
1bureta de 50 mL;
2 erlenmeyers de 250 mL;
1 cronômetro.
Reagentes:
Solução de NaOH 0,1 mol/L;
Acetato de etila;
Solução de HCl 0,5 mol/L;
Solução de fenolftaleína;
Gelo de agua destilada.
Técnica Experimental:
Com uma pipeta volumétrica foi pipetado 100 mL de HCl 0,5 mol/L, e com uma outra pipeta volumétrica 5 mL P.A. para um elenmeyer de 500 mL. No momento em que o acetato de etila entrou em contato com o HCl o cronômetro foi acionado imediatamente e agitada a mistura.
De 10 em 10 minutos foi pipetada com uma pipeta volumétrica 5 mL da mistura e transferida para um erlenmeyer de 250 mL no qual estava contido gelo de agua destilada. Apos isso foi feita uma titulação com a solução de NaOH 0,1 mol/L e a fenolftaleína foi usada como indicador. O procedimento prosseguiu ate o t= 60 min.
IV - RESULTADOS E DISCUSSÃO
Com os resultados obtidos da prática, obteve-se a seguinte tabela:
Tabela1: Dados de volume de NaOH gasto na titulação para verificar a ordem da reação de hidrólise do acetato de etila:
	Tempo (min)
	Volume de NaOH gasto na titulação (mL)
	10
	21,00
	20
	22,70
	30
	23,0
	40
	23,5
	50
	24,1
	60
	24,7
Dados:
. Concentração da solução de NaOH (CNaOH) = 0,1 mol/L
. Fator da solução de NaOH (fNaOH) = 1,12
. Concentração da solução de HCl (CHCl) = 0,5 mol/L
. Fator da solução de HCl (fHCl) = 0,972	
. Massa Molar do acetato de etila (MMacetato) = 88,11 g/mol
. Densidade do acetato de etila (dacetato) = 900 g/L
Cálculo da Concentração de HCl na mistura:
([HCl] x fHCl)VHCl = CHCl mistura x VTOTAL
(0,5 x 0,972) x 100 = C2 x 105 
CHCl mistura = 0,4629 mol/L
Cálculo da Concentração de H+ Total na mistura, em função do Volume de NaOH gasto na titulação:
						
[H+] x VSolução = (CNaOH x fNaOH) x VNaOH
[H+] = (0.1 x 1,12) x VNaOH / 5,0
E assim, para cada alíquota obteve-se:
Tabela2: Dados para verificar a ordem da reação de hidrólise do acetato de etila:
	Tempo (min)
	Volume de NaOH gasto na titulação (mL)
	[H+]
	10
	21,00
	0,4704
	20
	22,70
	0,5085
	30
	23,00
	0,5152
	40
	23,50
	0,5264
	50
	24,10
	0,5398
	60
	24,70
	0,5533
Cálculo da concentração do H+ do éster (formado pela hidrólise do éster):
H+Total - [HCl]inicial = H+Éster
E assim, para cada alíquota, obteve-se:
Tabela3: Cálculo de H+ formado na reação para verificar a ordem da reação de hidrólise do acetato de etila:
	Tempo (min)
	[HCl]
	[H+]Total
	H+Éster = [H+]Total - [HCl]
	10
	0,4629
	0,4704
	0,0075
	20
	0,4629
	0,5085
	0,0456
	30
	0,4629
	0,5152
	0,0523
	40
	0,4629
	0,5264
	0,0635
	50
	0,4629
	0,5398
	0,0770
	60
	0,4629
	0,5533
	0,0904
Cálculo da concentração inicial do éster:
ρacetato de etila = 900 g/L
Volume de acetato de etila = 5 mL
Assim: massa de acetato de etila = 0,9 (g/mL) * 5 (mL) = 4,5 g
M.M. acetato de etila = 88,11 g/mol
N° de mols de acetato de etila = 4,5 (g) / 88,11 (g/mol) = 0,0511 mol
Volume total da mistura = 0,105 L
[éster]0 = 0,0511/ (0,105)			
[éster]0 = 0,4864 mol/L
Cálculo da Concentração do Éster em cada tempo:
[éster]t = [éster]0 – [H+Éster]
Cálculo de ([éster]t)-1:
. (Céster(t))-1 = 1 / [éster]t
E assim, obtemos a última tabela completa:
Tabela4: Dados para verificar a ordem da reação de hidrólise do acetato de etila:
	Tempo (min)
	[HCl]
	[H+]Total
	H+Éster = [H+]Total - [HCl]
	[éster]o
	[éster]t
	([éster]t)-1
	ln[éster]t
	10
	0,4629
	0,4704
	0,0075
	0,4864
	0,4789
	2,0883
	-0,7363
	20
	0,4629
	0,5085
	0,0456
	0,4864
	0,4408
	2,2687
	-0,8192
	30
	0,4629
	0,5152
	0,0523
	0,4864
	0,4341
	2,3038
	-0,8346
	40
	0,4629
	0,5264
	0,0635
	0,4864
	0,4229
	2,3648
	-0,8607
	50
	0,4629
	0,5398
	0,0770
	0,4864
	0,4094
	2,4425
	-0,893
	60
	0,4629
	0,5533
	0,0904
	0,4864
	0,3960
	2,5254
	-0,9264
Obtêm-se, com a tabela acima, dois gráficos:
Figura 1: Gráfico para obter a constante de velocidade da hidrólise do acetato de etila, assumindo reação de primeira ordem.
Figura 2: Gráfico para obter a constante de velocidade da hidrólise do acetato de etila, assumindo reação de segunda ordem.
Assumindo primeira ordem:
(-rA) = k*CA
dCA/dt = k*CA
Ao integrar a equação acima temos:
ln(CA) = k*t
Logo, k é o coeficiente angular do primeiro gráfico.
k = -0,0034 
Assumindo segunda ordem:
(-rA) = k*CA²
dCA/dt = k*CA²
Ao integrar a equação acima temos:
1/CA0 – 1/CA = k*t
1/CA = 1/CA0 – k*t
Logo, k é o oposto do coeficiente angular do primeiro gráfico.
k = -0,0079 (L/(mol*min))
CONCLUSÃO
Como mostrado no presente relatório, é possível analisar a ordem de uma reação por meio de gráficos, de maneira que o que mais se aproxima da linearidade nos informa a ordem. Pelos gráficos obtidos, temos um R² maior quando assumimos a reação de segunda ordem, o que nos faz concluir que, por esse experimento, a reação poderia ser descrita como segunda ordem.
Entretanto, na teoria, a reação de hidrólise catalisada do acetato de etila deveria ser de pseudo-primeira ordem. Uma forma de analisar esse comportamento de pseudo-primeira ordem é supondo que a concentração de água seja muito maior que a de éster. Nesse cenário só uma pequena fração de água reage, e a concentração de água é praticamente constante podendo ser incorporada a constante de velocidade. 
Nesse caso, diz-se que o termo referente à concentração de água é de ordem zero e, então, a velocidade depende apenas da concentração do éster, no entanto o termo correspondente à concentração de água está sendo implicitamente contabilizado. Deste modo, têm-se expressões cinéticas mais simples dese trabalhar e que representam bem este tipo de reação.
BIBLIOGRAFIA 
Atkins, P. W. - Físico-Química: Volume 2. Rio de Janeiro, LTC, 2012.
Solomons, T. W. Graham - Química Orgânica: Volume 2. Rio de Janeiro, LTC, 2009