Cinética de saponificação

Prévia do material em texto

CINÉTICA DE SAPONIFICAÇÃO DO ACETATO DE ETILA EM 
REATOR BATELADA 
 
QM9560 – Laboratório de Engenharia Química III 
Prof. Mauro Renault 
 
 
 
Vinícius Coelho Pinto R.A: 11.114.795-5 
Beatriz Borges R.A: 11.116.067-7 
Aline Arthuso R.A: 11.216.286-2 
Ana Beatriz R.A: 11.115.931-5 
Bárbara Tezoto R.A:11.115.381-3 
 
 
 
 
 
 
 
 São Bernardo do Campo 
 2020 
1. OBJETIVO 
O experimento tem como objetivo estudar a cinética de saponificação do acetato de etila 
em um reator batelada com diferentes temperaturas, determinando a energia de ativação da 
reação e o fator de frequência. 
 
2. METODOLOGIA 
A saponificação do acetato de etila (éster), com soda cáustica (base) pode ser escrita 
como na reação abaixo: 
OHHCCOONaCHHCOOCCHNaOH 523523 +→+ (1) 
É uma reação de segunda ordem, sendo a sua cinética representada por: 
BAA CCkr −= (2) 
Sendo CA referente a concentração de soda e CB a concentração de acetato. A constante 
k da taxa de reação pode ser considerada como função da temperatura de acordo com a lei de 
Arrhenius: 






−=
TR
E
kk o exp (3) 
Onde E é a energia de ativação da reação e R a constante universal dos gases na 
temperatura absoluta T. Através de um reator tanque descontínuo operando a temperatura 
constante determina-se a cinética da equação (1). O balanço de massa para o reagente A num 
reator genérico é (Fogler,2002): 
 =+− V
A
AAAo
dt
dN
dVrFF (4) 
Sendo FA e FA0 as taxas molares que entram e saem do reator, respectivamente, NA é o 
número de mols de A dentro do reator e t é referente ao tempo. Considera-se que haja mistura 
perfeita e que não existam correntes de alimentação nem de saída, no caso do reator descontínuo 
ou batelada que apresentam altas conversões quando comparados à reatores contínuos, além de 
apresentarem controles de temperaturas eficazes, devido à agitação intensa e uso de camisas. 
 
 
 
 
 
3. MATERIAIS 
• Balão de 3 bocas 1L; 
• Banho termostatizado com regulador de temperatura; 
• Agitador mecânico; 
• Fenolftaleína; 
• Solução de hidróxido de sódio 0,02M; 
• Solução de acetato de etila 0,02M; 
• 8 erlenmeyer de 250 mL; 
• Pipeta de 30 mL; 
• Cronômetro; 
• Bureta de 50 mL; 
• Pipeta de 25 mL. 
 
 
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
Montou-se um sistema de um balão volumétrico de 1L e um agitador mecânico 
imergindo-os em um banho termostatizado. Para que houvesse o equilíbrio térmico com o 
reator, colocou-se os reagentes armazenados em balões no mesmo banho. Ajustou-se a 
temperatura para 25ºC e o agitador em 200 rpm e assim adicionou-se ao reator 250 mL da 
solução de acetato de etila 0,02M e em seguida 250 mL da solução de NaOH 0,02 M. Após a 
adição dos reagentes, acionou-se o cronômetro e retirou-se alíquotas de 25 mL da solução 
contida no reator nos tempos 5, 10 ,15, 20, 25, 30, 40 e 60 minutos. Cada alíquota foi adicionada 
em um Erlenmeyer juntamente com 30 mL da solução de HCl, adicionou-se também algumas 
gotas de fenolftaleína como indicador e titulou-se a mistura com solução de NaOH 0,01 M. 
 
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
Após a realização do experimento, foram coletados os seguintes dados mostrados 
abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 1: Dados experimentais 
 Volume titulante adicionado (ml) 
t (min) 16,2 ºC 25ºC 35ºC 
5 9,6 8,5 14,5 
10 12,7 12 18,4 
15 14,2 13,5 20,4 
20 16,4 15,1 22 
25 17,8 16,5 23,5 
30 18,5 18 23,8 
40 20,3 18,8 24,8 
60 23 19 25,4 
 
Deduz-se a equação para o balanço material do reator da seguinte forma: 
 
 
Sabendo que: 
 
 
Assumiu-se que esta reação é de 2º ordem e então considerou-se as concentrações do 
reagente A e B como equivalentes, sendo assim: 
 
Substituindo essas equações na equação do balanço material do reator, chegou-se na 
seguinte forma linearizada: 
 
Preparou-se oito Erlenmeyers com 30 ml de HCL, nos quais foram utilizados para 
consumir o excesso de NaOH das alíquotas. Ao titular as alíquotas, descobriu-se os volumes 
gastos e assim foi possível calcular a concentração de NaOH para cada tempo determinado 
anteriormente no reator, através da fórmula abaixo: 
 
E assim foi montada a tabela mostrada abaixo: 
Tabela 2: Dados para gráficos 
t (min) 1/CA (16,2 ºC) 1/CA (25ºC) 1/CA (35ºC) 
5 122,6 116,33 161,35 
10 144,57 138,94 215,6 
15 158,29 151,58 260,52 
20 183,9 167,85 312,63 
25 205 185,26 384,77 
30 217,48 208,42 403,39 
40 257,84 223,3 480,96 
60 357,29 227,36 543,7 
 
E a partir da tabela mostrada acima, foram plotados os gráficos abaixo: 
Gráfico 1: Dados para 16,2ºC. 
 
 
Gráfico 2: Dados para 25ºC. 
 
y = 4,1891x + 98,523
R² = 0,9946
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
400,00
0 10 20 30 40 50 60 70
1
/C
A
 (
L/
m
o
l)
Tempo (min)
16,2 ºC
y = 2,1139x + 123,21
R² = 0,8563
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
0 10 20 30 40 50 60 70
1
/C
A
 (
L/
m
o
l)
Tempo (min)
25ºC
Gráfico 3: Dados para 35ºC. 
 
 
Pelas equações das retas foi possível encontrar as seguintes constantes de velocidade 
pelos coeficientes das retas, conforme mostrado abaixo: 
Tabela 3: Constantes de velocidade. 
Temperatura (ºC) K (L.min/mol) 
16,2 4,1891 
25 2,1139 
35 7,1581 
 
Pode-se encontrar o fator pré-exponencial (k0) e a energia de ativação (Ea) através da 
equação de Arrhenius linearizada e indicada no gráfico abaixo: 
 
Sendo: 
R: Constantes dos gases ideais = 8,314 J/mol.K 
T: Temperatura (Kelvin) 
K: Constante cinética (L.s/mol) 
Ea: Energia de ativação (J/mol) 
 
 
 
 
 
 
y = 7,1581x + 161,94
R² = 0,9362
0,00
100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
600,00
700,00
0 10 20 30 40 50 60 70
1
/C
A
 (
L/
m
o
l)
Tempo (min)
35ºC
Gráfico 4: Linearização de dados 
 
Após plotar os gráficos obteve-se os seguintes dados: 
Tabela 4: Coeficientes de equação. 
a 2634,9 
b 10,219 
R² 0,2069 
R (J/mol.K) 8,314 
ko (L/mol.min) 27419,23 
Ea (J/mol) 21906,56 
 
 
6. CONCLUSÃO 
Em suma, após a realização de experimentos e aferição de dados foi possível obter o fator 
pré exponencial que rege a reação de saponificação de acetato de etila. Observa-se o que a 
velocidade específica da reação a 25ºC deveria estar entre os valores de 16,2ºC e 35ºC, visto 
que se trata de uma reação exotérmica e a velocidade está diretamente relacionada com a 
temperatura e por fim influenciando no fator pré exponencial k0= 27419,23 l/mol.min. Erros 
experimentais podem estar associados ao volume recolhido nas alíquotas em cada tempo, erros 
de leitura de volume gasto na titulação, ponto de viragem de titulação, velocidade de rotação, 
entre outros. 
 
 
 
 
y = -2634,9x + 10,219
R² = 0,2069
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
0,00320 0,00325 0,00330 0,00335 0,00340 0,00345 0,00350
ln
 K
1/T (1/K)
Linearização
 
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
Fogler, H.S. Elementos de Engenharia das Reações Químicas, 3 ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2002 
 
Isaacs, N.S. Reactive Intermediates in Organic Chemistry. Nova Iorque: Editora John Wiley & Sons, 
1979 
 
Levenspiel, O. Engenharia das Reações Químicas. Rio de Janeiro: Editora Edgar Blucher, 2000 
 
Rangel, R.N. Práticas de Físico Química, 2 ed. Rio de Janeiro: Editora Edgar Blucher, 1997