Pratica_Fisicoquimica_5

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA E BIOLOGIA MOLECULAR
BACHARELADO EM BIOTECNOLOGIA
Fundamentos de Físico-Química
Prática 5: Investigação da cinética da reação de saponificação do acetato de etila.
Camila Sillos
Letícia Rodrigues
Raíssa Dias
Maria Eduarda
FORTALEZA
2017
1. Introdução 
A estabilidade de espécies em solução, bem como a velocidade de algumas reações químicas está diretamente relacionada com a presença e o comportamento de íons em solução. Uma solução que contém íons que conseguem conduzir corrente elétrica é conhecida como uma solução eletrolítica, sendo a substância não dissociada conhecida como eletrólito (podendo existir na forma de um ácido, uma base ou um sal). Essa propriedade do eletrólito de conduzir corrente elétrica permite o estudo do comportamento dos íons em solução, bem como relacionar grandezas físicas medidas na solução (tais como resistência, condutância e corrente) para determinações experimentais sobre a concentração, o grau de dissociação e a cinética química de espécies e reações.
Uma dessas propriedades de uma solução, a condutância, está relacionada com a capacidade dos íons na solução em conduzir corrente elétrica. É considerado o inverso da resistência, de modo que: relacionado com a resistência temos a presença de uma resistividade (ou resistência específica). A resistividade demonstra uma relação em que é possível medir a oposição dos íons da solução eletrolítica ao fluxo de corrente elétrica, considerando também a geometria do meio. Para a medida da condutividade necessitou-se realizar a montagem de uma célula eletroquímica composta por dois eletrodos e a utilização de um condutivímetro para a realização das medições.
O uso da condutividade abrange diferentes aplicações, dentre as quais se destacam o uso para a determinação da condutividade molar em uma solução eletrolítica de concentração conhecida. Podemos também relacionar a equação da velocidade de uma reação química com a condutividade medida ao longo da reação. No caso de nosso experimento, realizou-se a reação de saponificação de acetato de etila: O Acetato de Etila é um composto orgânico da família dos ésteres com alto poder de solvência, muito utilizado em indústrias de tintas e vernizes, mas também pode ser empregado sobre suportes, como filme celulósico, papel, folha de alumínio, PVC, poliéster, polietileno e polipropileno. Quando esse composto é reagido com uma base forte, ele é hidrolisado e essa reação é chamada de saponificação. 
Podemos propor um mecanismo para essa reação começando com o ataque nucleofílico da hidroxila no grupo carbonila do éster e posterior eliminação do grupo acetato.
Depois temos a desprotonação do ácido acético em meio básico para a produção do acetato.
A reação acima é considerada uma reação de saponificação pelo fato de representar a mesma hidrólise alcalina que ocorre a partir de um ácido graxo para a produção de sabão. O íon carboxilato é muito pouco reativo frente à substituição nucleofílica porque ele é carregado negativamente. Por esse motivo, a hidrólise de um éster promovida por uma base é uma reação essencialmente irreversível. Os valores medidos de condutividade podem se relacionar com a equação cinética da reação pela existência de uma diferença significativa entre as condutividades dos íons hidróxido e acetato.
Desse modo, com o andamento da reação e o consumo de íons OH- é possível perceber uma variação no valor da condutividade.
2. Metodologia
A priori separaram-se três erlenmeyers, os quais foram numerados de um a três. Em um erlenmeyer de 250 mL (Nº 1) colocou-se 25 mL de uma solução 0,02M de hidróxido sódio, adicionou-se 25 mL de água destilada e agitou-se para homogeneizar. Mediram-se cautelosamente os volumes através da observação da parte de baixo do menisco côncavo. Calibrou-se o çondutivímetro; após isto, introduziu-se a célula de condutividade na solução preparada erlenmeyer 1. Mediu-se sua condutância elétrica imediata e anotou-se o seu valor (Lo). Ademais, mediu-se a temperatura da solução.
Com o auxílio de um becker de descarte uma piceta, lavou-se a célula de condutividade com água destilada, de modo a prepará-la para as medidas subsequentes. Providenciou-se uma barra magnética limpa e seca e um agitador magnético.
Num outro erlenmeyer (Nº 2) de 250 mL, colocou-se 25 mL da solução 0,02M de hidróxido de sódio. Já num terceiro (Nº 3) adicionou-se 25 mL de uma solução 0,02M de acetato de etila. Misture as soluções dos frascos Nº 2 e Nº 3 rapidamente e transferiu-as para um tubo. Simultaneamente, foi disparado um cronômetro.
A solução foi colocada sobre o agitador magnético e homogeneizada constantemente com o movimento lento da barra magnética. Realizou-se a primeira medida da condutância elétrica da solução (Lt) e instantaneamente anotou-se o tempo em que esta medida foi efetuada (t). Realizou-se mais quatro medidas de condutância, intervaladas de 2 minutos, e outra série de cinco medidas de 5 em 5 minutos. Para obter o valor de L∞ deixou-se a reação ocorrer por uma semana e, assim, foi feita a leitura de condutância.
Terminada a experiência desligou-se o aparelho, lavou-se célula de condutividade com bastante água destilada e o material usado com sabão e água.
3. Resultados e discussão
O objetivo da prática era determinar a constante de velocidade da reação de saponificação do acetato de etila. Para assim fazê-lo, é necessário, primeiro, caracterizar a reação em termos de cinética química. 
A equação da hidrólise em meio básico do éster acetato de etila segue: 
CH3COOC2H5 + NaOH CH3COONa + C2H5OH
 Acetato de etila hidróxido de acetato de sódio etanol
 sódio 
Tal reação obedece a lei de velocidade de uma reação de segunda ordem, em que ambas as concentrações iniciais, do acetato de etila e do hidróxido de sódio, são iguais (0,02M). Representando essas condições analiticamente, obtém-se:
 dx/dt = k(a – x)2 (1) 
Em que a é igual a concentração inicial dos reagentes, x é o número de moles que reagiu após o tempo t e k é a constante de velocidade da reação. Ao integrar essa equação, o resultado é: 
kt = (1/a)[x/(a - x)] (2)
Para acompanhar o desenvolvimento da reação, só é preciso medir qualquer propriedade física relacionada à composição do meio no qual a reação estiver acontecendo, em função do tempo. Normalmente, a variação no número de moles, como está expresso nas equações (1) e (2) seria o parâmetro a ser analisado. Nesse caso específico, no entanto, utilizamos a variação da condutividade elétrica que a solução sofre durante a saponificação. Essa propriedade foi escolhida em virtude do caráter de eletrolítico da solução, uma vez que há espécies envolvidas, como o NaOH, que, uma vez em meio aquoso, dissociam-se formando íons. Na saponificação do éster em questão, os íons hidroxila presentes no meio reacional são substituídos por íons acetato, dando origem ao acetato de sódio, um sal amplamente utilizado industrialmente, nas searas de tinturaria, sabões e farmacêutica. Assim sendo, a equação (2) pode ser transformada em:
 kat = (L0 - Lt)/(Lt - L∞) (3)
Em que k é a constante de velocidade da reação, a é a concentração inicial dos reagentes, t é o tempo determinado, L0 é a medida de condutância elétrica inicial, Lt é a medida de condutância em cada tempo definido e L∞ é a medida de condutância elétrica final (t = após 24h). 
A condutividade eletrolítica, também chamada de condutância específica, é a capacidade de uma solução de conduzir corrente elétrica, de modo que haja uma migração de íons, a qual foi medida em intervalos de tempo através de um eletrodo de contato do equipamento condutivímetro. A condutância específica resulta da soma das contribuições de todos os íons presentes. Entretanto, a fração de corrente transportada depende da concentração relativa e da facilidade com que se movimenta no meio, de onde concluímos que a condutância específicade um eletrólito varia com a concentração dos íons presentes. A condutividade da solução varia com a temperatura, tanto quanto varia com a concentração. Isso posto, estabeleceu-se a temperatura de 21°C com um termômetro imerso em água destilada.
Tabela 1. Tabela relacionando tempo, condutância elétrica inicial (L0), condutância elétrica final (L∞) e medidas de condutância elétrica para cada tempo específico ao longo da reação (Lt). Utilizou-se essa referente tabela para plotar um gráfico de acordo com a equação lnAbs = - h.t + ln A0.
 
	Tempo, min
	Lt , µS
	(L0 - Lt), µS
	(Lt - L∞), µS
	(L0 - Lt)/(Lt - L∞)
	0,5
	1750
	165
	893
	0,1847
	1,0
	1727
	188
	870
	0,2160
	2,0
	1650
	265
	793
	0,3341
	4,0
	1591
	324
	734
	0,4414
	6,0
	1516
	399
	659
	0,6054
	8,0
	1456
	459
	599
	0,7662
	13,0
	1338
	577
	481
	1,1995
	18,0
	1251
	664
	394
	1,6852
	23,0
	1184
	731
	327
	2,2354
	28,0
	1130
	785
	273
	2,8754
	33,0
	1098
	817
	241
	3,3900
Dados complementares:
L0 = 1915 µS;
L∞= 857 µS;
T = 21 C°;
a = 0,02 mol/L.
Fonte: Dados experimentais
Observa-se que a condutância elétrica, medida em µS (microsiemens) devido às características do meio reacional, diminui ao longo do tempo. Esse padrão pode ser explicado pela redução da quantidade de íons livres à medida em que a reação chega ao seu fim, o que ocasiona, por conseguinte, na redução da condutância elétrica da solução. 
Tendo caracterizado física e quimicamente a solução, descoberto seus valores específicos de condutância elétrica para cada tempo, e determinado um equação para nos guiar, para descobrir a constante de velocidade da reação é necessário traçar um gráfico segundo a equação (3), o qual nos fornecerá seu coeficiente angular. 
Figura 1. Gráfico da reta (L0 - Lt)/(Lt - L∞) = kat, o eixo x está representado pelo tempo e o eixo y pelo valor de (L0 - Lt)/(Lt - L∞). A partir das coordenadas, é possível descobrir o coeficiente angular da referente reta, o qual corresponde a ka. 
Substituindo os pontos de t= 4 min até t= 28 min – onde perceptivelmente o gráfico apresenta uma conformação mais próxima de uma reta – na equação (3), e fazendo uma média aritmética simples dos valores obtidos para o coeficiente angular ka, é possível descobrir a constante de velocidade da reação.
 
Tabela 2. Disposição dos valores de ka em relação ao tempo de reação para obter a média 
aritmética dos coeficiente angulares encontrados para a equação. Tais valores foram 
obtidos substituindo os pontos de 4 a 28 minutos na equação (L0 - Lt)/(Lt - L∞) = kat. 
	T (min)
	4
	6
	8
	13
	18
	23
	28
	 
	ka
	0,1103
	0,1009
	0,0957
	0,0922
	0,0936
	0,0971
	0,1023
	0,0988
Fonte: Dados experimentais
Com o valor de estabelecido = 0,0988, calcula-se a constante de velocidade da reação de acordo com a fórmula: 
 k = / a (4)
Em que k é a constante de velocidade, é a média aritmética dos coeficientes angulares da equação (3) e "a" é a concentração inicial (mol/L) dos reagentes. O valor final obtido para k é, então, 4,94 L.mol-1.min-1.
4. Conclusão
Conclui-se a partir dos resultados, portanto, que o NaOH tem uma variação de reação exponencial ao longo do experimento, ou seja, existe uma grande variação no início da reação, no momento em que os íons estão se movimentando de forma mais acelerada, e uma posterior diminuição da variação ao longo da prática, quando os íons têm uma menor movimentação na solução. Além disso, a partir do método experimental, foi possível obter o valor da constante de velocidade, o que a prática tinha como objetivo principal, sendo o valor 4,94 L.mol-1.min-1.
	
5. Referências Bibliográficas 
UNIVERSIDADE FEDERA DO CEARÁ. Departamento de Química Analítica e Físico-Química. Manual de práticas em Físico-Química atualizado (2016). Prática 6: Investigação da cinética da reação de saponificação do acetato de etila. 
Cinética da hidrólise do acetato de etila. Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfQrIAJ/cinetica-hidrolise-acetato-etila>. Acesso em 29 de out. 2017.
PUC-RIO. Métodos de diferenciação de bebidas e Incerteza de medição. Disponível em: <https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/8006/8006_4.PDF>. Aceso em: 29 de out. 2017.