Formação de Enxofre Coloidal e Velocidade da Reação

Prévia do material em texto

Físico-Química Experimental
Rubens Ferrari
Formação de Enxofre Coloidal e Velocidade da Reação
Alunos: Júlia Salamoni, Luiz Maschio, Luiza Bückmann Nunes e Michele Grohs. 
Data: 18/04/2018
Temperatura: 25°C
Pressão: 759 mmHg
Objetivos:
 Verificar a formação do enxofre coloidal através da cinética da reação, avaliando as circunstâncias para tal, sendo essas a variação de temperatura e concentração dos reagentes (Tiossulfato de sódio - Na2S2O3 e Ácido Sulfúrico H2SO4). Que quanto maior forem, mais rápido ocorrerá a reação. Verificar para a condição de temperatura a ordem da reação e também para a concentração dos reagentes, obtendo desta forma um gráfico para cada experimento.
Resultado e Discussão:
Nos experimentos a seguir iremos avaliar a cinética da reação para formação de enxofre coloidal. No primeiro experimento iremos avaliar a cinética através da reação de Tiossulfato de sódio com Ácido sulfúrico (reagente em excesso), onde o Tiossulfato de sódio será consumido e, através do tempo cronometrado iremos construir o gráfico da reação. No segundo experimento iremos executar um procedimento similar ao executado no experimento 1, porém utilizaremos da variação de temperatura (15°C, 35°C e 45°C) para calcular a velocidade da reação e posteriormente construir o gráfico com os dados obtidos.
	 A velocidade média de uma reação de decomposição, provinda de um reagente, ou de formação, provinda de um produto, é a variação da quantidade da espécie em estudo em um certo intervalo de tempo, ou seja:
	Onde: = velocidade média;
	 |∆Q|= módulo da variação da quantidade da espécie em estudo;
	 ∆t= intervalo de tempo em que ocorre a variação da quantidade da espécie.
	Já a velocidade instantânea é a velocidade da reação em um dado instante t. Pode-se dizer que quando o intervalo de tempo tende a zero, a velocidade média de reação pode ser descrita como velocidade instantânea. Em gráficos que relacionam concentração e tempo, pode-se determinar a velocidade instantânea pela tangente em um determinado ponto. 
	Quando duas substâncias A e B reagem em um sistema isotérmico, a velocidade instantânea pode ser calculada pela equação da taxa representada a seguir:
	Onde: v = velocidade instantânea da reação;
	 [A]= Concentração do reagente A em mol/L;
	 [B]= Concentração do reagente B em mol/L.
	Os coeficientes “m” e “n” são denominados de ordem da reação em relação aos reagentes A e B, estes são necessariamente os coeficientes estequiométricos de A e B respectivamente. A soma de “m” + “n” é a ordem global da reação.
	Para a escrita da equação da taxa de uma reação química normalmente utilizamos da equação global, onde estão descritos somente os reagentes e produtos principais. Logo não percebemos os mecanismos necessários para chegarmos dos reagentes iniciais até o produto final esperado, estes mecanismos são fundamentais para a concepção da cinética da reação.
	O mecanismo é descrito em etapas, estas que descrevem como as espécies foram sendo transformadas, consumidas e formadas ao longo do mecanismo. Estas etapas somadas resultam em uma equação global.
 (Etapa 1)
 (Etapa 2)
 (Etapa 3)
GLOBAL: 
	Cada etapa é denominada de etapa elementar, e a velocidade de uma reação elementar pode ser determinada de certa forma que:
	Dada a equação elementar da Etapa (1):
	A equação da velocidade em relação a esta reação é descrita como:
	Onde: v = velocidade instantânea da reação;
	 [A]= Concentração do reagente A em mol/L;
	 [B]= Concentração do reagente B em mol/L;
	 K= constante de velocidade;
	 “a” e “b” = coeficientes estequiométricos que representam a etapa elementar.
	Quando a reação ocorre em varias etapas, podemos determinar a lei de velocidade da mesma para cada uma delas, porém, como elas ocorrem com velocidades bem diferentes umas das outras, a lei da velocidade global é determinada pela etapa mais lenta, ou seja, a etapa mais lenta é a etapa determinante da reação.
	
No primeiro procedimento, foi analisada a influência da concentração dos reagentes na velocidade da reação de obtenção de enxofre coloidal.
Para isso, variou-se a concentração dos reagentes, os quais foram preparados a partir de uma solução de estoque de tiossulfato de sódio Na2S2O3 0,1 mol. L -¹, em tubos de ensaio conforme a tabela a seguir:
Tabela 1. Composição dos reagentes
	A1
	A2
	A3
	A4
	8 ml Na2S2O3
	6 ml Na2S2O3
	4 ml Na2S2O3
	2 ml Na2S2O3
	0 ml de água
	2 ml de água
	4 ml de água
	6 ml de água
Com estes dados, é possível determinar a concentração de cada tubo pela fórmula:
M * V=M' * V'
Assim, os seguintes valores de concentração de Na2S2O3, em mol/L, são obtidos:
Tabela 2. Concentração do primeiro grupo de reagentes
	A1
	A2
	A3
	A4
	0,1
	0,075
	0,05
	0,025
Quatro outros tubos receberam cada um 6 ml de H2SO4, que é uma quantidade em excesso para que este reagente não seja o limitante, não influenciando na taxa da reação.
Marcando o tempo em um cronômetro, os primeiros reagentes foram respectivamente misturados com uma solução de H2SO4. Ou seja, quatro reações ocorreram de forma a juntar, dois a dois, uma solução de H2SO4 com uma de Na2S2O3. Com o passar do tempo, as soluções começavam a turvar e no primeiro sinal, o tempo era marcado, chegando nos seguintes valores em segundos:
Tabela 3. tempo de reação para cada mistura
	M1
	M2
	M3
	M4
	28
	37
	54
	113
Com esses valores é possível determinar a velocidade média da reação, em mol/L.s usando a fórmula: velocidade=concentração/tempo .
	V1
	V2
	V3
	V4
	0,003571
	0,00202
	0,000726
	0,000221
A seguir está o gráfico que representa a cinética da reação:
Gráfico 1. Taxa da reação de obtenção de enxofre coloidal
 Fonte: Autores
Observamos que o gráfico é linear, portanto a reação de é de primeira ordem.
	Na segunda parte do experimento foi observado o efeito da temperatura na velocidade da reação. 
	Para essa parte do experimento foram preparados 4 tubos de ensaio contendo a mesma concentração de tiossulfato 0,1 mol/L e 4 mL de água, os tubos foram nomeados em A1, A2, A3 e A4. Em outros 4 tubos de ensaio foram colocados 4 mL de H2SO4 1 mol/L e nomeados B1, B2, B3 e B4, respectivamente.
	Em um béquer colocar água a temperatura ambiente e mergulhar nele os tubos A1 e B1 por 5 minutos. Após adicione a substância do tubo A1 no tubo B1, agite a mistura e cronometre o tempo até o turvamento. 
	Repetir o processo ajustando a temperatura 10ºC abaixo da temperatura ambiente com os tubos A2 e B2. Em seguida, com os tubos A3 e B3 medir o tempo da reação para uma temperatura de 10ºC acima da temperatura ambiente. E por fim realizar o mesmo procedimento para uma temperatura de 20ºC acima da temperatura ambiente com os tubos A4 e B4. 
	A seguir está o gráfico que representa o tempo de reação:
Gráfico 2. Tempo de reação pela temperatura
 Fonte: Autores
A velocidade da reação é diretamente influenciada pelo aumento da temperatura, pois com o aumento da temperatura, aumenta a energia cinética das moléculas, tornando-as mais agitadas consequentemente elas se chocam mais e com mais energia e, portanto, aumentando a velocidade da reação.
	
Conclusão:
Há muitos parâmetros durante uma reação química que podem ser manipulados de forma a aumentar ou diminuir a velocidade de uma reação. Como exemplo há a presença de catalisadores, a superfície de contato, a concentração dos reagentes e a temperatura. Esses últimos dois, foram avaliados nesta prática e concluiu-se que quanto mais baixa a concentração dos reagentes e a temperatura em uma reação endotérmica, maior o tempo de reação.
Esse conhecimento é muito importante, pois possibilita controlar a cinética de uma reação por meio de fatores viáveis de serem quantitativamente analisados.
Fontes de Erro:
- A visualização da turvação da solução foi feita a olho nu por um dos integrantes do grupo,como cada pessoa tem uma percepção ótica diferente, isto pode ter influenciado para um erro, já que era necessário anotar o tempo na turvação.
- A variação de temperatura durante a reação, manter a temperatura constante na adição de gelo e no aumento da temperatura na chapa.
- Erro humano na preparação das soluções, imprecisão na hora de pipetar os volumes pedidos. 
Questões:
V=k.[HI]² portanto, se [HI]=3 V=9K ,e se [HI]=9 V=81K. Ou seja, triplicando a concentração, o aumento da velocidade é de 9x.
V=K[H2O2]*[I-]*[H+] a constante K é a constante de velocidade específica.
 Quando os coeficientes não seguem a estequiometria, isso significa que a reação não é elementar, ou seja, os coeficientes estequiométricos não têm relação com os coeficientes da equação de velocidade, e a reação envolve mais de uma etapa. 
Porque a temperatura na geladeira é menor que a temperatura ambiente, consequentemente a reação ocorre mais devagar. Nessa temperatura também dificulta o desenvolvimento de microrganismos.
Quando a temperatura corporal decresce, o consumo de glicose e oxigênio diminui devido a diminuição da velocidade das reações químicas que ocorrem no metabolismo. Em algumas cirurgias cerebrais ou cardíacas, o paciente é resfriado pois este procedimento reduz o consumo de oxigênio e reduz a chance de danos causados pela falta de circulação sanguínea.
 
b. Além da capacidade antioxidante, tem-se a importância da existência do co-fator de enzima para a biossíntese de vários bioquímicos importantes, este deve tem também a presença de radicais livres para a oxidação.