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DETERMINAÇÃO DA ORDEM DE REAÇÃO DE SAPONIFICAÇÃO DO ACETATO DE ETILA Bethânia Rodrigues Borges(1); Dênis Pires Neiva(1); Eduarda Cristina Caixeta Dias(1); Kleper de Oliveira Rocha(2) (1) Graduandos em Engenharia Química do Centro Universitário de Patos de Minas - UNIPAM. dudacaixetadias@hotmail.com (2) Professor do curso de Engenharia Química do Centro Universitário de Patos de Minas – UNIPAM. kleper.unipam@gmail.com INTRODUÇÃO A reação de saponificação é tipo de reação química que ocorre entre um éster e uma base inorgânica tendo como produtos finais um sal orgânico e um álcool. A saponificação do éster ocorre por substituição, no qual o íon hidroxila é adicionado ao grupo acetil, enquanto o íon sódio forma um sal orgânico com o íon acetato, permanecendo ionizado na solução. Assim, quando o acetato de etila é saponificado com hidróxido de sódio, ocorre a formação de acetato de sódio e álcool etílico, como na reação descrita (Equação 1): Equação 1 Reação de saponificação do acetato de etila Para uma boa performance do processo, é importante algumas aplicações de ferramentas da cinética de reações, como a velocidade de reação e a ordem de reação. A velocidade de reação é o consumo de um número de mols de uma espécie química com a formação de outra espécie química (FOGLER, 2006). A ordem de reação, é a soma dos expoentes que estão elevados as concentrações, na equação da velocidade, em que a reação de ordem 0, varia-se a concentração do reagente sem provocar nenhum efeito em relação a velocidade. Se dobrarmos a concentração e a velocidade dobrar na ordem (21), a reação é de ordem 1. A reação é de ordem 2, se ao dobrarmos a concentração, a velocidade aumentar na proporção de (22), e uma reação é de ordem n, se ao dobrar a concentração, a velocidade aumentar na proporção de (2n) (CINÉTICA, 2014). Nesse trabalho estuda-se a cinética da reação de saponificação entre o acetato de etila com o hidróxido de sódio, tendo como objetivo abranger a sua ordem de reação, energia de ativação e desenvolver a equação da velocidade da reação. MATERIAIS E MÉTODOS O experimento foi realizado no Laboratório de Química Orgânica, situado no Bloco M do Centro Universitário de Patos de Minas – UNIPAM, pelos alunos do 9º período de Engenharia Química, que foram divididos em seis grupos. Foi utilizado, para esse estudo o equipamento Banho Maria modelo 100, erlenmeyers de 500mL e 250 mL, bureta de 50 mL, garras de bureta, suporte, agitador eletromagnético, peixinho, pipetas volumétricas de 25 mL, pipetadores, provetas de 250 mL e soluções de acetato de etila, hidróxido de sódio e ácido clorídrico, todas a 0,02 mol/L e fenolftaleína como indicador ácido base. Antes de iniciar a reação, dois erlenmeyers de 500 mL foram colocados em banho termoestatizado, o primeiro contendo 250mL de solução de acetato de etila e o segundo com 250 mL de solução de hidróxido de sódio para padronizar a temperatura da reação. Ao atingirem o equilíbrio térmico, à temperatura de 31ºC, misturou-se as duas soluções e iniciou-se a contagem do tempo. Nos tempos de 2, 5, 10, 20, 40 e 60 minutos respectivamente foi retirado uma alíquota de 25mL do meio reacional e levado para a titulação. Para a titulação, montou-se um sistema com o agitador magnético, uma bureta de 50mL fixada em um suporte metálico por garras de buretas, de modo que o agitador fizesse toda agitação da titulação através de um peixinho. A bureta foi preenchida com solução de NaOH à 0,02 mol/L e no erlenmeyer, utilizado na titulação da alíquota retirada do meio reacional, colocou-se 30 mL de solução de HCl à 0,02 mol/L, a fim de neutralizar o NaOH presente no meio reacional, e 4 gotas de fenolftaleína como indicador. Iniciou-se a titulação de modo que ao ocorrer a virada de cor, ou seja, a solução deixa de ser transparente e passa para um tom levemente rosado, fechou-se a bureta e anotou-se o volume de hidróxido de sódio utilizado na titulação. RESULTADOS E DISCUÇÕES A tabela 1 apresenta os volumes de hidróxido de sódio gasto na titulação para cada tempo de reação. Tabela-1. Tempo de reação X Volume de hidróxido de sódio gasto na titulação. Tempo (min) 2 5 10 20 40 60 Volume (mL) 22,7 23,0 25,6 27,1 30,5 30,3 0 0,00005 0,0001 0,00015 0,0002 0 20 40 60 80 C o n ce n tr a çã o N a O H (m o l/ L) tempo (min) y = 0,0542x - 3,2847 R² = 0,9647 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0 5 10 15 20 Ln C A /C A 0 tempo (min) y = -0,0002x + 0,0062 R² = 0,927 0,00000 0,00100 0,00200 0,00300 0,00400 0,00500 0,00600 0,00700 0 5 10 15 20 C A (m o l/ L) tempo (min) Figura 1. Gráfico da concentração de NaOH em função do tempo Figura 2. Gráfico de CA versus tempo Figura 3. Gráfico de ln(CA/CA0) versus tempo Com as concentrações iniciais do HCl e NaOH, e os volumes conhecidos, foi possível calcular a quantidade de mols reagidos no sistema. Desta forma, os valores das concentrações molares foram obtidos no momento da titulação. As concentrações de NaOH nos tempos de 40 e 50 minutos equivalem à zero, indicando que a reação após 40 minutos não ocorreu, conforme o Figura 1. Na posse destes dados, foram gerados gráficos apresentados nas Figuras 2, 3 e 4 com o objetivo de determinar qual a ordem da reação para a saponificação do acetato de etila. Para uma reação de ordem zero (Figura 2), deve-se gerar o gráfico de CA versus tempo; para uma reação de primeira ordem (Figura 3), deve-se gerar o gráfico de ln(CA/CA0) versus tempo; para uma reação de segunda ordem (Figura 4), deve-se gerar o gráfico de 1/CA versus tempo, de maneira que, o gráfico que fornecer a melhor correlação linear indica a ordem da reação (FOGLER, 2012). A correlação nos gráficos confirma que a reação global da reação de saponificiação do acetato de etila é de segunda ordem, pois, a melhor correlação linear obtida foi a do gráfico na Figura 4, indicando pelos resultados obtidos da variação da concentração em relação ao tempo que a reação comporta-se como de segunda ordem. y = 15,241x + 125,25 R² = 0,9818 0 100 200 300 400 500 0 5 10 15 20 1 /C A (m o l/ L) tempo (min) Figura 4. Gráfico de 1/CA versus tempo Sendo a concentração inicial dos reagentes iguais, a ordem obtida da reação implica na ordem global. Para que a ordem relativa a cada reagente possa ser obtida, deve-se aplicar o método do excesso para cada um dos reagentes (FOGLER, 2002). De acordo com a equação apresentada na Figura 4, a constante da velocidade da reação (k) possui o valor de 15,24 L.mol-1.min-1. CONCLUSÕES (i) A titulação feita indica que nos tempos superiores à 40 minutos, a reação não mais ocorreu, pois todo o NaOH presente neste tempo foi completamente consumido. (ii) A correlação obtida entre as comparações de variação da concentração de NaOH pelo tempo, indica que a reação de formação do acetato de etila comporta-se como uma reação de segunda ordem global. REFERÊNCIAS CINÉTICA Química. Disponível em: <http://www.iq.ufrgs.br/ead/fisicoquimica/cineticaquimica/ordem_de_reacao.html>. Acesso em: 27 ago. 2014. FOGLER, H. Scott. Elementos de engenharia das reações químicas. Rio de Janeiro: Ltc, 2012. 853 p.
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