Relatório 3 - Energia de Ativação

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro 
Instituto de Química 
Departamento de Físico-Química 
 
Laboratório de Físico-Química Experimental 
 
Experimento: Determinação da Energia de Ativação de 
uma Reação Química 
Professora: Cynthia Fraga Scofield 
 
Data de realização da prática: 03/04/2019 
Data de entrega do relatório: 24/04/2019 
 
Alunos: 
Eduardo Anastácio Mello 
Gustavo de Sousa Carvalho 
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Sumário 
 
1. Introdução Teórica ............................................................................ 2 
2. Objetivo............................................................................................. 3 
3. Resultados e Discussão .................................................................... 3 
4. Conclusão ......................................................................................... 5 
5. Referência Bibliográfica .................................................................... 5 
 
 
 
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1. Introdução Teórica 
 
 A Energia de ativação (Ea) é a energia necessária para a conversão dos 
reagentes em produtos, sendo a variação energética entre os reagentes e o complexo 
ativado da reação. Ao iniciar a reação, as partículas dos reagentes começam a colidir 
umas com as outras. Em outras palavras, é a energia mínima necessária que toda 
reação química deve ter para que as substâncias reajam e formem produtos. Assim 
sendo, a velocidade com que essas reações ocorrem está intimamente relacionada 
com a variação da temperatura, visto que quanto maior for a temperatura, maior será 
a quantidade de colisão efetivas entre as partículas. Outra forma de aumentar a 
velocidade de uma reação é com a utilização de um catalisador, já que ele diminui a 
energia de ativação, fazendo com que a reação ocorra mais rapidamente. A Figura 1 
a seguir mostra a energia de ativação para uma reação exotérmica, onde “b” fica 
sendo a energia de ativação. 
 
Figura 1 : Energia de Ativação 
 
 Em vista disso, no século passado, o Químico Sueco Svante August Arrhenius, 
estudando a velocidade das reações químicas, definiu a constante cinética, que varia 
de acordo com a temperatura. Importante destacar que a concentração foi mantida 
constante. 
 
 
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2. Objetivo 
 O objetivo do experimento consiste em determinar a energia de ativação da 
reação de oxi-redução entre S2O82- e o I- através da variação de temperatura. 
 
3. Resultados e Discussão 
 Com o objetivo de verificar o valor da energia de ativação da reação entre 
persulfato e iodeto, promoveu-se a reação entre estes reagentes em diferentes 
temperaturas, observando-se as mudanças visuais de coloração durante uma 
variação de tempo. Esta é uma reação de oxi-redução (Equação 1), onde o iodeto de 
potássio é reduzido na presença de íons persulfato, que se oxidam. Conforme a 
reação a seguir: 
S2O8
−2 + 2I− ⇔ 2SO4
−2 + I2 Eq. (1) 
 Como a reação foi feita na presença de excesso de iodeto, a reação é de 
primeira ordem em relação aos íons persulfato logo a concentração do persulfato 
(S2O8
−2) pode ser expressa em função do tempo (t) pela equação: 
ln[S2O8
−2]t = ln[S2O8
−2]0 − k . t Eq. (2) 
 Onde [S2O8
−2]0 é a concentração inicial do persulfato e k é a constante cinética. 
 Segundo Arrhenius: 
ln 𝑘 = ln 𝐴 −
𝐸𝑎
𝑅𝑇
 𝐸𝑞. (3) 
 Sendo: 
• A: fator de frequência; 
• Ea: energia de ativação; 
• R: constante dos gases ideais; 
• T: temperatura absoluta; 
 
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 Após os ajustes algébricos necessários da equação empírica acima, obtém-se 
a Equação 4: 
𝑑(log(𝑡))
𝑑 (
1
𝑇)
= 
𝐸𝑎
2,3𝑅
 ∴ log(𝑡) =
𝐸𝑎
2,3𝑅
 × 
1
𝑇
 𝐸𝑞. (4) 
 Sendo o tempo t (s) e a temperatura T(K). 
 De acordo com os dados obtidos no procedimento experimental conforme a 
Tabela 1 abaixo, as seguintes relações podem ser aplicadas para correlacioná-las com 
a equação de Arrhenius: 
Tabela 1 : Valores obtidos durante o experimento. 
Temperatura(°C) Temperatura (K) Tempo gasto (s) 1/T (K-1) Log t (s) 
24 297 194 0,003367 2,287802 
30 303 136 0,003300 2,133539 
35 308 110 0,003247 2,041393 
39 312 83 0,003205 1,919078 
45 318 57 0,003145 1,755875 
Fonte: Resultados obtidos experimentalmente. 
 A partir dos valores experimentais da Tabela 1 acima, foi possível plotar o 
Gráfico 1 a seguir: 
Fonte: Resultados obtidos experimentalmente. 
y = 2362,2x - 5,6562
R² = 0,9927
0,000000
0,500000
1,000000
1,500000
2,000000
2,500000
0,003100 0,003150 0,003200 0,003250 0,003300 0,003350 0,003400
Lo
g 
(t
)
1/T
1/T X Log (t)
Gráfico 1: Cinética de reação influenciada pela variação de temperatura. 
 
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 Sendo assim, obtemos a equação da reta: y = 2362,2x – 5,6562, onde o 
coeficiente angular da equação da reta de calibração é obtido através do gráfico 
acima. A constante dos gases ideais (R) equivale a 8,314 J.K-1.mol-1. 
𝑐𝑜𝑒𝑓. 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟 = 
𝐸𝑎
2,3 × 𝑅
 
 Substituindo os valores encontrados na equação acima, temos: 
 2362,2 =
𝐸𝑎
2,3 ×8,314
 ∴ 𝐸𝑎 = 45170,46084 
𝐽
𝑚𝑜𝑙
= 45,17 𝐾𝐽. 𝑚𝑜𝑙-1 
 
 Portanto, o valor encontrado para a Energia de ativação foi de 45,17 KJ/mol. 
4. Conclusão 
 Logo, observou-se facilmente que a constante cinética das reações foi 
diretamente influenciada pela variação da temperatura, numa relação inversamente 
proporcional, já que quanto maior fosse a temperatura, menor era o tempo de 
ocorrência da reação (tempo para chegar ao equilíbrio). Com a equação de Arrhenius, 
determinou-se o valor da energia de ativação, obtendo-se 45,17 KJ.mol-1 e coeficiente 
de correlação R2 = 0,9942. 
 Embora seja difícil controlar algumas falhas, como a variação térmica do próprio 
ambiente (ainda que em baixa quantidade) e a observação do ponto de viragem para 
a mudança de cor no exato momento (erro humano), os resultados obtidos saíram de 
acordo com o esperado e o experimento ocorreu sem problemas, obtendo êxito em 
sua realização, já que ficou dentro dos resultados esperados. 
 
5. Referência Bibliográfica 
XAVIER, F. R. Química Geral Experimental. QEX0002. Fatores que Influenciam a 
Velocidade de Reação Química. Universidade do Estado de Santa Catarina. Centro 
de Ciências Tecnológicas – UDESC. Santa Catarina, 2018. 
CASTELLAN, Gilbert. Fundamentos de Físico-Química. 1a edição Livros Técnicos e 
Científicos, Rio de Janeiro, 1986. 
ATKINS, Peter. Físico-Química 1. Editora LTC. 9ª Edição.