FISICO QUIMICA 6 RELATORIO

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CATALISADORES
Relatório da aula prática da disciplina de físico-química experimental,
 sob orientação do Professor Thiago Pinheiro Braga.
NATAL, RN
2019
1 INTRODUÇÃO	
	 Uma reação química não é um fenômeno instantâneo. As transformações moleculares ocorrem a uma velocidade que depende da natureza das moléculas e das condições de temperatura e pressão. Em certas transformações, a reação é muito rápida. Em outras, é lenta ou pouco pronunciada. Em muitos casos é possível alterar essa velocidade adicionando-se uma substância que não sofre modificação química durante a reação. Tais substâncias, designadas por catalisadores, têm grande importância industrial, não somente pelo aumento que causam nas velocidades de reação, mas também pelas baixas concentrações em que podem ser utilizados. 
 Ao abaixar a energia de ativação, o catalisador acelera também a reação no sentido inverso, não alterando, contudo, o valor da constante de equilíbrio, mas diminuindo o tempo necessário para que o equilíbrio seja atingido. Um catalisador não altera a variação de entalpia de uma reação, pois não pode transformar uma reação termodinamicamente impossível em uma reação possível. Porém ao permitir que uma reação tenha uma maior velocidade a temperaturas mais baixas do que a reação não catalisada, um catalisador pode aumentar o rendimento dos produtos para uma reação reversível, cujo estado de equilíbrio é desfavorecido a uma temperatura elevada. A figura 1, apresentada abaixo, evidencia uma reação catalisada que se processa em uma etapa.
Neste contexto, por meio deste experimento, verificou-se a influência de diferentes catalisadores na velocidade de reação da decomposição do peróxido de hidrogênio H2O2. Bem como, pôde-se determinar as ordens das reações estudadas e suas constantes de velocidade reacional. 
2 OBJETIVO
O propósito deste experimento foi fazer um estudo comparativo da decomposição de peróxido de hidrogênio pelo uso de catalisadores. Além de determinar a concentração de peróxido de hidrogênio residual a partir da análise volumétrica. Bem como, determinar a ordem da reação para depois determinar a constante de velocidade da reação e o tempo de meia-vida para cada etapa.
3 METODOLOGIA
3.1 MATERIAIS, REAGENTES E EQUIPAMENTOS
-Solução de Fe(NO3)3 0,05M + HNO3 0,4M
-Solução de H2SO4 1,0M
-Solução de H2O2 0,6%
-Solução de KMnO4 0,02M
- PbO2 (sólido) 
- 1 bureta de 50ml
- 5 erlenmeyers
-Pipetas de 5 e 10ml
- Cronômetro 
-1 Pêra
3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
3.2.1 Parte A: Decomposição do H2O2 na ausência de catalisadores
Primeiramente, em um erlenmeyer, adicionou-se 75 mL da solução de H2O2 0,6% e 15 mL de água destilada (solução A), e anotou-se o tempo inicial (t1).
Decorridos 5 minutos de t1, transferiu-se 5 mL da solução (A) para outro erlenmeyer contendo, previamente, 5 mL de H2SO4 1 mol L−1. Em seguida, titulou-se este sistema com KMnO4 e anotou-se o volume de KMnO4 gasto após o ponto de viragem.
Este procedimento foi repetido quando decorridos: 10, 15, 20, 25 e 30 minutos de t1.
3.2.2 Parte B: Decomposição do H2O2 catalisada por nitrato férrico
Novamente, em um erlenmeyer, adicionou-se 75 mL da solução de H2O2 0,6% e 15 mL da solução de Fe(NO3)3 0,05 M + HNO3 0,4 M (solução B), e anotou-se o tempo inicial (t2).
Decorridos 5 minutos de t2, transferiu-se 5 mL da solução (B) para outro erlenmeyer contendo, previamente, 5 mL de H2SO4 1 mol L−1. Em seguida, titulou-se este sistema com KMnO4 e anotou-se o volume de KMnO4 gasto após o ponto de viragem.
Repetiu-se o procedimento após decorridos: 10, 15, 20, 25 e 30 minutos de t2.
3.2.3 Parte C: Decomposição do H2O2 catalisada por óxido de chumbo
Primeiramente, em um erlenmeyer, adicionou-se 75 mL da solução de H2O2 0,6% e 15 mL de água destilada e, por final, adicionou-se 45 mg de PbO2 e anotou-se o tempo inicial (t3).
Após decorridos 5 minutos de t3, transferiu-se 5 mL da solução (C) para outro erlenmeyer contendo, previamente, 5 mL de H2SO4 1 mol L−1. Em seguida, titulou-se este sistema com KMnO4 e anotou-se o volume de KMnO4 gasto após o ponto de viragem.
Este procedimento foi repetido quando decorridos: 10, 15, 20, 25 e 30 minutos de t3.
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
A reação de decomposição do peróxido de hidrogênio em solução aquosa ocorre muito lentamente, porém, na presença de catalisadores essa reação ocorre de forma mais rápida. Para acompanhar o avanço da reação de decomposição do peróxido de hidrogênio, nas três etapas, utilizou-se o método da permanganimetria, onde se mede a quantidade de permanganato utilizado para reagir com o peróxido em intervalos de tempo, como pode ser observado na 
Tabela 1.
 Tabela 1: volume utilizado do titulantes nas 3 etapas.
	t (min)
	V de KMnO4
(mL)
Etapa A
	V de KMnO4
(mL)
Etapa B
	V de KMnO4
(mL)
Etapa C
	5
	44,2
	6,6
	4,1
	10
	43,4
	6,0
	3,3
	15
	39,4
	4,6
	2,7
	20
	38,7
	4,1
	2,0
	25
	38,2
	4,0
	1,2
	30
	36,6
	3,2
	1,0
	
É possível observar que com adição de um catalisador, o volume de permanganato adicionado até o ponto de viragem durante a titulação diminui, ou seja, quanto menor este volume, maior terá sido o consumo do peróxido de hidrogênio na reação. Isso significa que a reação está ocorrendo mais rapidamente confirmando, assim, o efeito do catalisador na reação.
A reação de decomposição do H2O2 com a presença de permanganato de potássio é:
2Mno(aq) + 5 H2O2(aq)+ 6 H+(aq) 2 Mn2+(aq) + 8 H2O(l) + 5 O2 (g)
Sendo a estequiometria da reação:
Logo, a partir desta relação é possível determinar a concentração de peróxido através da equação abaixo:
	
Com isso, utilizando a equação apresentada acima é possível determinar a concentração de H2O2 após sua decomposição, apresentadas na Tabela 2.
Tabela 2: concentração de H2O2 ao final da titulação.
	t (min)
	[H2O2]
(M)
Etapa A
	[H2O2]
(10-3 M)
Etapa B
	[H2O2]
(10-3 M)
Etapa C
	5
	0,0313
	6,485
	4,135
	10
	0,0308
	5,932
	3,357
	15
	0,0289
	4,615
	2,764
	20
	0,0285
	4,135
	2,063
	25
	0,0283
	4,038
	1,238
	30
	0,0274
	3,259
	1,043
Com os dados da Tabela 2 podem-se traçar os gráficos conforme a Lei de Velocidade Integrada e, posteriormente, obter o valor da constante de velocidade. A ordem de reação de cada etapa do experimento é aquela que apresentar, no gráfico correspondente, o coeficiente de correlação linear (R2) aproximadamente igual a 1, isto é, a melhor reta. 
Ao analisarmos a tabela abaixo, pode-se dizer que, uma reação de ordem zero é aquela que o gráfico de [concentração] x tempo é uma reta (R2 aproximadamente 1). Já quando o gráfico de ln da [concentração] x tempo for uma reta assumimos que essa reação é de ordem 1, e assim quando o gráfico [concentração]-1 x tempo for uma reta essa reação será de ordem 2. 
 
A partir dos dados apresentados na Tabela 4, 5 e 6, a seguir, é possível determinar a ordem da reação ocorrida com a obtenção da equação da reta do gráfico das variáveis em função do tempo, sendo a variável [H2O2] correspondente à ordem zero, ln[H2O2] à primeira ordem e 1/[H2O2] à segunda ordem.
4.2.1 Etapa A - Decomposição do H2O2 na ausência de catalisadores
Tabela 4: variáveis para cálculo da ordem de reação para a Etapa A.
	t (min)
	[H2O2]
	ln[H2O2]
	1/[H2O2]
	5
	0,0313
	-3,4641
	31.948
	10
	0,0308
	-3,4802
	32,467
	15
	0,0289
	-3,5439
	34,602
	20
	0,0285
	-3,5578
	35,087
	25
	0,0283
	-3,5648
	35,335
	30
	0,0274
	-3,5972
	36,496
4.2.2 Etapa B - Decomposição do H2O2 catalisada por nitrato férrico
Tabela 5: variáveis para cálculo da ordem de reação para a Etapa B.
	t (min)
	[H2O2]
(10-3 M)
	ln[H2O2]
	1/[H2O2]
	5
	6,485
	-5,038
	154,2
	10
	5,932
	-5,127
	168,5
	15
	4,615
	-5,378
	216,7
	20
	4,135
	-5,488
	241,8
	25
	4,038
	-5,512
	247,6
	30
	3,259
	-5,726
	306,8
	
4.2.3 Etapa C - Decomposição do H2O2 catalisada por óxido de chumbo
Tabela 6: variáveis para cálculo da ordem de reação para a Etapa C.
	t (min)
	[H2O2]
(10-3 M)
	ln[H2O2]
	1/[H2O2]
	5
	4,135
	-5,488
	241,8
	10
	3,357
	-5,696
	297,9
	15
	2,764-5,891
	361,8
	20
	2,063
	-6,183
	484,7
	25
	1,238
	-6,694
	807,7
	30
	1,043
	-6,865
	958,8
Sendo y = ax+b, onde y referente à concentração inicial de H2O2, a à constante da velocidade k, x ao tempo e b à concentração final de H2O2, e o valor de R2 relacionado à ordem da reação, onde o gráfico que apresentar o valor do erro mais próximo de 1 dirá a que ordem a reação pertence.
Analisando os gráficos plotados da Parte A pode-se afirmar que a reação de decomposição do peróxido de hidrogênio sem catalisador é de primeira ordem, já que seu R2 é o mais próximo de 1 e seu k = 0,0053.
Analisando os gráficos plotados da Parte B pode-se afirmar que a reação de decomposição do peróxido de hidrogênio catalisada por nitrato férrico é de primeira ordem, já que seu R2 é o mais próximo de 1 e seu k = 0,0269.
Analisando os gráficos plotados da Parte C pode-se afirmar que a reação de decomposição do peróxido de hidrogênio catalisada por óxido de chumbo é de ordem zero, já que seu R2 é o mais próximo de 1 e seu k = 0,0001.
	
Os resultados dos tempos de meia-vida são vistos a seguir: 
Ordem zero: t1/2= [A]0/2K
Parte C
 	t1/2= [A]0/2K
 		t1/2= 3,357*10-3/2K
 t1/2= 16,785 s
Primeira ordem: t1/2= 0,793/K
Parte A
 t1/2= 0,793/K
 t1/2= 134,782 s
Parte B
 t1/2= 0,793/K
 	t1/2= 26,767 s
5 CONCLUSÃO 
	Pode-se concluir que os resultados foram positivos e satisfatórios, pois além de comprovamos que as reações químicas são diretamente influenciadas pela atuação dos catalisadores, denominação genérica de uma substância capaz de modificar a velocidade de uma reação, verificamos que eles enfraquecem as ligações do composto, transformando reagentes em produtos, entretanto os estudos teóricos feito pelo grupo mostram também, que ele apresenta pouca afinidade com os produtos formados logo, emerge do processo inalterado. Com a construção dos gráficos notamos que para alguns casos as reações possuíam ordem diferente do que a esperada, isso pode ter sido ocasionado por erros de titulação, erros de contagem de tempo e preparo das soluções. Com o cálculo da equação da reta deduzimos a constante k para cada etapa proposta no roteiro.
6 REFERÊNCIAS
ATKINS, P. W. DE PAULA, J. Físico-química 1. 9°ed. Rio de Janeiro: LTC, 2014.
CASTELLAN, G. (1986). Fundamentos de Físico-Química. (C. M. SANTOS, & R. D. FARIA, Trads.) Rio de Janeiro, Rj: LTC- Livros Técnicose Científicos Editora S.A.