Relatório prática 2_Camila Sirqueira

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS – UFMG 
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA – DQ 
QUI198 CINETICA QUIMICA 
Professor João Paulo Ataíde Martins 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE CINÉTICA QUÍMICA 
PRÁTICA 2: Determinação dos parâmetros de Arrhenius da reação de 
redução do persulfato de potássio pelo íon iodeto em meio aquoso 
 
 
 
 
 
 
 
Camila da Consolação Sirqueira 
Turma: TB 
 
 
 
Belo Horizonte, 2020 
1 – Introdução 
 Na cinética de uma reação química, existem alguns parâmetros que alteram a velocidade da 
mesma e consequentemente a sua constante de velocidade (k). Um destes parâmetros é a 
temperatura, e sua relação com a velocidade da reação é o objeto de estudo deste trabalho 
prático. 
Arrhenius (Químico sueco – 1859-1927), estabeleceu uma relação entre a velocidade de uma 
reação química e a variação de temperatura. Ele observou que em muitas reações, uma curva 
de lnK versus 1/T gera uma reta e que poderia representar matematicamente esta reta através 
da chamada “equação de Arrhenius”: 
k = Ae-Ea/RT (ou na forma logarítmica: lnk = lnA -Ea/RT) 
onde, k é a constante de velocidade; R é a constante dos gases; T é a temperatura do meio; e 
A e Ea são os parâmetros de Arrhenius (A é o fator de frequência e Ea é a energia de ativação). 
Neste trabalho prático, visa-se determinar os parâmetros de Arrhenius (A e Ea) da reação 
de redução do persulfato de Potássio pelo íon iodeto, variando-se a temperatura e observando 
o tempo de reação para uma quantidade conhecida de persulfato se reduzir, conforme reação 
abaixo: 
S2O8
-2 + 2I-  2SO4
-2 + I2 
A lei de velocidade para esta reação é de segunda ordem. Contudo, pode ser transformada 
em pseudo primeira ordem com excesso de iodeto na mistura reacional ou mantendo-se a 
concentração do mesmo constante através de uma reação secundária de restauração do íon 
iodeto no sistema. Neste caso, foi adotado o segundo método sendo a restauração do iodeto 
obtido pela reação abaixo: 
I2 + 2S2O3
-2  2I- + S4O6
-2 
Com a concentração de iodeto constante, a lei de velocidade passa a ser de pseudo primeira 
ordem e é representada por: 
d[S2O8
-2]/dt = k’ [S2O8
-2] (onde K’ = k [I-]) 
ou na forma integrada: 
 k’ = (1/T) x ln([S2O8
-2]0 / [S2O8
-2]) (Equação 1) 
 
sendo k’ a constante de velocidade da reação de pseudo primeira ordem; [S2O8
-2]0 é a 
concentração inicial de persulfato e [S2O8
-2] é a concentração de persulfato no instante de 
tempo t. 
Para se monitorar o tempo de reação, usa-se o indicador amido para detectar o ponto final da 
reação de redução, que ocorre quando todo o tiossulfato (S2O3
-2) é consumido e o excesso de 
Iodo reage com o indicador amido, dando origem à formação de um complexo de coloração 
azul. 
Com a variação do tempo de redução do persulfato para diferentes temperaturas, obtém-se 
diferentes constantes de velocidades relacionadas a estas temperaturas, usando-se a equação 
1, plota-se o gráfico lnk’ versus 1/T e obtém-se os parâmetros de Arrhenius através da análise 
da reta obtida. 
 
2 – Objetivos 
- Construir o gráfico lnk’ x (
1
𝑡
) 
- Determinar a Energia de Ativação e o fator frequência de reação 
- Determinar a fração de íons persulfato que reage no tempo cronometrado 
- Preencher a tabela 1 
 
3 – Materiais e Reagentes 
- Solução 0,5 mol.L-1 de iodeto de potássio; 
- Solução 0,01 mol.L-1 de persulfato de potássio; 
- Solução 0,01 mol.L-1 de tiosulfato de potássio 
- Solução de amido 
- 2 tubos de ensaio ou erlenmeyers de 100 mL; 
- Béquer de 2,0 L ou recipente que sirva como banho; 
- Um cronômetro com precisão de décimos do segundo 
- Duas provetas 25 mL 
- 1 proveta de 10 mL 
- Um termômetro com graduação de ±0,1oC 
- Suporte com haste metálica e garras 
- Gelo 
- Chapa de agitador mecânico com aquecimento 
- Barra de agitação magnética 
 
 
4 – Procedimentos: 
- Foi adicionado em um tubo de ensaio, 20 mL da solução de Iodeto de Potássio e 10 mL de 
tiossulfato de sódio 0,01 mol/L. 
- Em um segundo tubo de ensaio, foi adicionado 20 mL de persulfato de Potássio 0,01 mol/L 
e 4 gotas da solução de amido. 
- Em um béquer de 2 L, foi colocado água de torneira e controlou-se a temperatura com 
auxílio de gelo ou ebulidor e termômetro para a temperatura de 34,5°C. 
- Colocou-se os tubos de ensaio no béquer contendo a água e aguardou por aproximadamente 
7 minutos para que o sistema entrasse em equilíbrio térmico, anotando-se a temperatura. 
- Adicionou-se rapidamente a solução do primeiro tubo ao segundo, acionando 
simultaneamente o cronômetro. 
- Observou-se o sistema formado, agitando a solução e anotou-se o tempo exato em que a 
coloração azul foi observada. 
- Realizou-se todas as etapas acima para as temperaturas de 5, 10, 15, 20 e 24°C. 
Na seção 5 iremos conferir esses resultados e fazer a análise dos mesmos para ver se estão coerentes 
com o esperado. 
 
5 – Resultados Experimentais e análise dos resultados: 
Os resultados obtidos foram compilados na tabela 1 e os cálculos expostos logo a seguir: 
 
Tabela 1 - Valores de volume de permanganato de potássio gasto na titulação de alíquotas da mistura 
reacional coletadas em diferentes intervalos de tempo (t). 
Experimento Tempo/s  /º C T- 1 / 10-3K-1 k' /s-1 lnk' 
1 477 10 3,532 6,031 x 10-4 -7,413 
2 322 15 3,470 8,934 x 10-4 -7,020 
3 219 20 3,411 1,314 x 10-4 -6,635 
4 142 25 3,354 2,026 x 10-3 -6,202 
5 110 30 3,299 2,615 x 10-3 -5,946 
 
Obtenção do k’: 
 
A constante de velocidade da reação de pseudo primeira ordem é dada pela equação (1): 
 k’ = (1/T) x ln([S2O8
-2]0 / [S2O8
-2]) 
A concentração de persulfato no instante t (n(S2O8
-2)) é dada pela diferença entre a 
quantidade de matéria inicial (n0(S2O8
-2)) e a quantidade de tiossulfato inicial ((n0(S3O3
-2)/2), 
sendo considerado a estequiometria no segundo termo. Assim, temos: 
n(S2O8-2) = n0(S2O8-
2) - n0(S2O3
-2)/2 
n(S2O8-2) = ( [S2O8-
2]0 x Vol. (L) ) – ( ([S2O3
-2]0 x Vol. (L))/2 ) 
n(S2O8-2) = ( 0,01mol/L x 0,02 (L) ) – ( (0,01mol/L x 0,01 (L))/2 ) 
n(S2O8-2) = 1,5 x 10-4 mols 
 
Substituindo os dados obtidos para a temperatura de 30 °C (303,15 K) na equação (1), temos: 
 
k’ = 1/t x ln ((n0(S2O8
-2)/ n(S2O8
-2)) 
k’ = 1/110 (s) x ln (2x10-4 (mols)/1,5x10-4(mols) 
k’ = 2,615 x 10-3 s-1 
 
OBS.: Os mesmos cálculos foram efetuados para as temperaturas de 10, 15, 20 e 25°C. 
 
Assim, com os dados da tabela 1 em mãos, construiu-se o gráfico de ln k’ versus 1/T: 
 
Gráfico 1 - ln K’ versus 1/T. 
 
y = -6,4519x + 15,378
R² = 0,9963
-8
-7,5
-7
-6,5
-6
-5,5
-5
3,25 3,3 3,35 3,4 3,45 3,5 3,55
ln
 k
'(
s-
1
)
1/T (10-3 x K-1)
Observando o gráfico e a sua equação da reta, temos: 
lnk′ = lnA – Ea/R × 1/T (equação 2) 
lnk’ = (15,378) - (-6,452) × (1/T) 
 
Fator frequência (A): 
Para se encontrar o valor do fator frequência (A), usa-se a equação 2. O fator frequência A é 
obtido na interseção da reta com o eixo vertical (1/T = 0). Assim, temos: 
lnk′ = lnA – Ea/R × 1/T 
lnA = 15,378 
A = 4,77x106 
 
Energia de ativação (Ea): 
Utilizando-se a relação de Arrhenius, obtém-se que o coeficiente angular da reta do gráfico 
é igual a -Ea/R. Assim, temos: 
-Ea/R = -6,452 
Portanto, 
Ea = 6,452 x 8,3145 
Ea = 53,64 J/mol. 
 
Observando o gráfico, verifica-se que a reta obtida pela linearização deste possui um valor 
bom (r=0,996), o que indica que a lei de velocidade proposta para a reação é aceitável. 
Nota-se que a constante de velocidade k’ aumenta com o aumento da temperatura, conforme 
o esperado quando se observa a equação de Arrhenius. 
O valor encontrado para o fator frequência A, também está próximo do esperado, uma vez 
que a energia cinética das moléculas deve ser elevada para que as colisões entre as moléculas 
tenham energia suficiente para atingir um valor mínimo que é a energia de ativação e assim, 
formar os produtos da reação. 
Sabendo que a energia de ativação é a quantidademínima de energia que as moléculas devem 
possuir ao colidirem entre si, para que avancem na reação sentido formação de produtos e 
que esta depende da temperatura, temos que a dependência entre a energia de ativação e 
temperatura neste experimento é relativamente alta (Ea = 53,64 J/mol) e que quanto mais 
elevada for a temperatura, mais facilmente e com maior velocidade a reação se processará no 
sentido direto. 
A fração de íons persulfatos que reage durante o intervalo de tempo cronometrado, é dada 
pela diferença entre quantidade de íons persulfato inicial (n0(S2O8
-2)) e a quantidade no 
instante t final (n(S2O8
-2)). 
n0(S2O8
-2) - (n(S2O8
-2) = Fração que reagiu 
Fração que reagiu = (2x10-4 (mols)) – (1,5x10-4(mols)) 
Fração que reagiu = 0,5x10-4 mols ou 1/4 da quantidade inicial. 
 
6 – Conclusão: 
Com base no exposto anteriormente, verifica-se que os objetivos deste trabalho prático foram 
alcançados, uma vez que foi possível determinar os parâmetros de Arrhenius para a reação 
de redução do persulfato com íons iodeto. Contudo, se comparado com o valor teórico 
encontrado na literatura (48,12 J/mol), verifica-se que há uma pequena discrepância em 
relação a energia de ativação determinada experimentalmente. Há de se destacar que o 
método usado na referência citada, é diferente do que foi realizado neste experimento o que 
pode justificar esta discrepância. 
 
7 – Referência Bibliográfica: 
ATKINS, Peter; PAULA, Julio de. “Físico-Química”. 9. ed. [s.i.]: LTC, 2012. 459 p. 
CASTELLAN, Gilbert. Fundamentos de Físico-Química. 1a e dição Livros Técnicos e 
Científicos, Rio de Janeiro, 1986. 
 
JUNIOR. F. A. G. S. “Cinética química”. Petrolina,2010. 
]https://anselmo.quimica.ufg.br/up/56/o/FQEXP_cinetica_arrhenius.pdf. Acessado em 
25/09/2020 
https://anselmo.quimica.ufg.br/up/56/o/FQEXP_cinetica_arrhenius.pdf
http://saberenemquimicaefisica.com.br/wp/wp-
content/uploads/2019/04/quimica_cinetica_quimica_exercicios-oferta-especial.pdf. 
Acessado em 25/09/2020. 
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 
 
 
http://saberenemquimicaefisica.com.br/wp/wp-content/uploads/2019/04/quimica_cinetica_quimica_exercicios-oferta-especial.pdf
http://saberenemquimicaefisica.com.br/wp/wp-content/uploads/2019/04/quimica_cinetica_quimica_exercicios-oferta-especial.pdf