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1. Estudo cinético da solvólise do cloreto de terc-butila 27/02/2021 Daniela B. Teada 2. Introdução Teórica Na cinética estuda-se as velocidades e os fatores que alteram essas velocidades, é importante para falarmos sobre como é o mecanismo de uma reação. Experimentalmente pode ser feito para alcançar as condições previstas na teoria. Exemplo de fatores que alteram a velocidade de reação: - Efeito da cinética das reações - Efeito do solvente: o solvente atua como nucleófilo e reflete na velocidade da reação. - Efeito da temperatura: o quanto afeta na velocidade da reação e permite compreender o mecanismo dessa reação a partir dos reagentes. Através da prática é possível compreender o que está acontecendo na reação através do monitoramento das diferenças na velocidade da reação quando se está alterando alguns desses fatores. Sabe-se que, nos choques das moléculas dos reagentes, para formar produtos e romper as ligações químicas é preciso temperatura. A temperatura afeta as velocidades das reações. Mecanismos de reações, que dependem da velocidade, competem entre si. Com isso, conforme a temperatura do experimento irá formar um produto em maior quantidade que outro, pois as velocidades vão ser afetadas de maneira diferente pelas temperaturas. Podendo favorecer produto de substituição ou eliminação dependendo da força. A base forte favorece a eliminação e o nucleófilo substituição. Existe competição entre os mecanismos SN1 e SN2. Para que as moléculas reajam entre si é necessário que alcancem a energia de ativação, para isso precisam de energia cinética igual ou superior a essa energia. 3. Esquemas químicos 2. 1. Solvólise de 10% de cloreto de t-butila em 70% de água – 30 % de acetona 2.2 Solvólise de 10% de cloreto de t-butila em 70% de água – 30% acetona, na metade da concentração 2. 3. 1. Temperatura de reação abaixo da temperatura ambiente Em um Erlenmeyer, preparou-se uma solução contendo 300 µL de hidróxido de sódio em 6,7 mL de água. Adicionou-se a essa solução o indicador Azul de Bromofenol No segundo Erlenmeyer adicionou-se 3 mL de cloreto de t-butila, sobre constate agitação, adicionou-se a primeira solução e foi anotado exatamente o tempo da mistura das duas soluções: o tempo inicial. Repetiu-se o procedimento experimental três vezes. O ideal é não obter valores muito discrepantes dos demais. O tempo médio de reação anotado foi 50’’ 12. Foi observado a mudança de coloração, indicando o consumo do hidróxido de sódio e o fim da reação pela neutralização total do hidróxido de sódio. Preparou-se a solução com o azul de bromofenol, em seguida, adicionou-se 10 mL de uma solução de acetona 30%. Mais uma vez, sobre agitação constante, foi adicionada a solução contendo o indicador a solução de t-butila (3 mL). Foi necessário anotar o tempo inicial da reação, o momento em que acontece a mistura. O tempo médio de reação foi 32’’ 07 2. 3. 2. Temperatura de reação acima da temperatura ambiente 2. 4. Efeito do solvente sobre a velocidade de solvólise do cloreto de t-butila. Separou-se uma solução de água com hidróxido de sódio 0,1 M e azul de bromofenol. Foi colocado em banho de gelo, a temperatura abaixou 10ºC da temperatura ambiente. As soluções permaneceram em banho de gelo para atingir a temperatura de aproximadamente 15ºC Feio isso, misturou-se sobre agitação, marcando o tempo em que se iniciou a mistura dessas soluções. A solução foi preparada da mesma forma que nos experimentos anteriores, mas agora a temperatura ficou a 10ºC acima da temperatura ambiente. Homogeneizou-se a temperatura das duas soluções. As soluções foram misturadas com agitação constante. 2. 6. Efeito da estrutura sobre a velocidade de solvólise de um haleto de alquila. 4. Constantes físicas Fórmula Massa (g/mol) P. E. (ºC) P. F. (ºC) Índice de refração Densidade Solubilidade Cloreto de t- butila C4H9Cl 92,57 51 -26.5 - 0,847 Álcool e éter. Insolúvel em água Acetona C3H6O 58,08 56 -95 1,36 0,792 a 20/4 ºC Água e solventes orgânicos Preparou-se a solução com azul de bromofenol, agora mudando o volume de água para 7,8 mL e 200 µL de hidróxido de sódio 0,1 M e 2 mL de cloreto de t-butila. Em temperatura ambiente, sobre agitação da solução, foi misturado com o indicador azul de bromofenol. Tempo médio da reação: 12’’97 Nesse experimento, foi utilizado o brometo de isopropila, mudou-se o esqueleto carbônico desse haleto de terciário para haleto primário. Nas mesmas condições foram preparadas as soluções com água e hidróxido de sódio e o indicador azul de bromofenol. Em temperatura ambiente, com agitação as soluções foram misturadas e a reação não ocorreu. Azul de bromofenol C19H10Br4O5S 670 - 273 - 0,995 – 1,010 a 20º C Praticamente insolúvel em água Hidróxido de sódio NaOH 40,11 1390 318 - 2,131 Glicerina, álcool e água. Brometo de isopropila