DETERMINAÇÃO DA ENERGIA DE ATIVAÇÃO DE UMA REAÇÃO IÔNICA EM MEIO AQUOSO

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
ENGENHARIA QUÍMICA
ALEXSANDER LOPES SOUZA
DETERMINAÇÃO DA ENERGIA DE ATIVAÇÃO DE UMA REAÇÃO IÔNICA EM MEIO AQUOSO
ILHÉUS-BAHIA
2
2021
ALEXSANDER LOPES SOUZA
DETERMINAÇÃO DA ENERGIA DE ATIVAÇÃO DE UMA REAÇÃO IÔNICA EM MEIO AQUOSO
Relatório apresentado como parte dos critérios de avaliação da disciplina CET835 – QUÍMICA GERAL II. Turma P08. Dia da execução do experimento: 10/12/2019.
Professora: Dr. Miriam Sanae Tokumoto
ILHÉUS-BAHIA
2021
RESUMO
A Teoria das Colisões diz que, para que uma reação ocorra, a colisão entre as partículas das substâncias reagentes deve acontecer por meio de uma orientação adequada e com uma energia maior que a energia mínima necessária para a ocorrência da reação. Essa energia mínima que deve ser fornecida aos reagentes é denominada Energia de Ativação (Ea). Sem atingi-la, a reação não ocorre. Quando colocamos duas substâncias em contato, suas partículas começam a colidir umas com as outras. Nem todas as colisões são eficazes, isto é, nem todas dão origem a novos produtos. No entanto, as colisões que rompem as ligações formadas e formam novas ligações, são denominadas colisões eficazes.
O presente documento tem por finalidade apresentar e analisar a energia de ativação de uma reação iônica do experimento realizado no dia 10/12/2019, para isto determinou-se através dos dados coletados as constantes de velocidade e fator pré-exponencial (A) das reações.
Palavras-chave: Colisões, Energia de ativação.
SUMÁRIO 
1 INTRODUÇÃO	5
2 OBJETIVOS	6
3 MATERIAIS E MÉTODOS	6
3.1	REAGENTES	6
3.2	MATERIAIS	6
3.3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL	7
4 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO	7
5 CONCLUSÃO	10
6 REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICAS	10
1 INTRODUÇÃO
A cinética química estuda a velocidade das reações e os fatores que a
influenciam. Algumas reações são tão rápidas que parecem ser instantâneas, outras são
mais lentas, levando horas, dias ou até vários anos para se completarem (CONSTANTINO, 2014).
Para que uma reação ocorra é necessário que as moléculas dos reagentes colidam entre si de forma efetiva, e para que se tenha essa efetividade, as moléculas que reagem devem ter energia suficiente para quebrar as ligações e também devem colidir com orientação que possa levar ao rearranjo dos átomos (KOTZ; TREICHEL; WEAVER, 2009).
Estimativas feitas por cientistas revelam que, a 25°C e 1 atm, cada molécula colide cerca de 109 vezes por segundo com outras moléculas, sendo um número muito elevado... portanto, se todas essas colisões resultassem em formação de produto, a reação aconteceria em uma fração de segundos, possuindo uma rapidez altíssima. No entanto percebe-se que essa reação não possui uma velocidade tão elevada. Dessa forma, verifica–se que nem todas as colisões entre as moléculas de reagentes são eficazes (PERUZZO, 2003).
Os catalisadores influenciam na velocidade de uma reação porque alteram a energia envolvida na ocorrência da mesma; a energia de ativação necessária para que haja a formação do complexo ativado a partir dos reagentes diminui, porque a presença do catalisador oferece um caminho alternativo e menos energético para que a reação ocorra, e isto faz com que a reação ocorra com maior velocidade. Assim, a representação gráfica para uma comparação entre uma reação exotérmica catalisada e a mesma reação não catalisada:
Figura 1 -Gráfico demonstrando a comparação energética entre uma reação exotérmica catalisada e
uma reação exotérmica não-catalisada.
A energia de ativação pode também ser aumentada com a adição de inibidores, que são
substâncias que diminuem a velocidade de reação. Um inibidor desvia um dos reagentes para
uma reação alternativa, de menor energia de ativação, sendo consumido preferencialmente
nesta reação do que na reação que ocorreria sem a presença do inibidor.
O amido, polissacarídeo de extrema importância em alimentos, é produzido em grande quantidade nas folhas dos vegetais como forma de armazenamento dos produtos da fotossíntese, e é constituído por dois outros polissacarídeos estruturalmente diferentes: amilose e amilopectina. Moléculas de alto peso molecular (como a amilose e a amilopectina) podem sofrer reações de complexação, com formação de compostos coloridos. A complexação da amilose e da amilopectina com o iodo, resulta em um complexo azul e vermelho-violáceo, respectivamente.
O estudo da influência da temperatura na velocidade de uma reação química permite o cálculo experimental de sua energia de ativação. A constante cinética k de uma reação química depende da temperatura, sendo envolvida com outras duas constantes, entre elas a energia de ativação. As outras duas constantes presentes na equação são: o fator pré-exponencial, a constante dos gases. 
k = A x (Equação 1)
Dessa forma, o mecanismo da reação pode ser compreendido para determinar a constante
cinética da energia de ativação.
No experimento o tiossulfato de sódio age como redutor, o perssulfato age como agente oxidante e o amido como indicador de reação.
2 OBJETIVOS
1. Encontrar os valores das constantes de velocidade (k) nas diferentes temperaturas;
2. Apresentar o gráfico ln k como função de 1/T;
3. Calcular o valor de energia de ativação e do fator pré-exponencial (A).
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 REAGENTES
- Iodeto de potássio (0,5 mol.L-1);
- Tiossulfato de sódio (0,01 mol.L-1);
- Perssulfato de potássio (0,01 mol.L-1);
- Solução de amido (10%);
3.2 MATERIAIS
- Tubos de ensaio;
- Béqueres de 50 mL;
- Béqueres de 1 L
- Pipeta volumétrica de 10 mL;
- Pipeta volumétrica de 20 mL;
- Pipeta Pasteur;
- Conta gotas;
- Estante para tubos de ensaio;
- Chapa aquecedora;
- Termômetro 
- Cubos de Gelo
- Cronômetro
3.3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Em um tubo de ensaio foram transferidos 20 mL de solução de iodeto de potássio e 10 mL de solução de tiossulfato de potássio. No segundo tubo de ensaio foram adicionados 20 mL de solução de perssulfato de potássio e 5 gotas de solução de amido. Os dois tubos de ensaios foram levados ao banho térmico com gelo para obter uma temperatura mais baixa no béquer e quando era necessário obter temperaturas mais altas foi utilizado a chapa aquecedora. Esses processos foram necessários para as soluções atingirem um equilíbrio térmico em temperaturas específicas. O experimento foi repetido para obter o valor de temperatura igual a: 10°C, 15°C, 20°C, 25°C, 30°C, 35°C. Ao atingir a temperatura em equilíbrio, foi misturado uma solução a outra e simultaneamente marcava-se o tempo com o cronômetro sempre agitando a mistura até que ocorresse a reação, por fim anotando o tempo final.
4 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO
Encontrar os valores de k nas diferentes temperaturas empregadas no experimento
Determinação da quantidade inicial de mols do perssulfato de potássio:
0,01 mol.L-1 x 0,02 L = 2.10-4 mol.
Determinação da quantidade inicial de mols do tiossulfato de sódio:
0,01 mol.L-1 x 0,01 l = 1.10-4 mol
	
O perssulfato é o reagente limitante da reação, para ser feito o cálculo deve-se calcular o número de mols do perssulfato no tempo t:
n[(S2O8) 2-] t = ninicial[(S2O8) 2-] - ()
n[(S2O8) 2-] = 2.10-4 mol – 0,5. 10-4 mol
n[(S2O8) 2-] = 1,5.10-4 mol
O valor de k é obtido pela equação:
ln (Equação 2)
Logo, temos que:
ln( = 0,28768
Para encontrarmos o valor de k para quaisquer temperaturas, é preciso substituir o tempo em que a reação ocorreu. Isto se dá por meio da equação:
k = (Equação 3)
O valor de k no instante t é 0,2877 s-1
Tabela 1
	Tempo(s)
	T(°C)
	(10-3k-1)
	k(s-1)
	ln k
	263
	10
	3,53
	1,09
	-6,8215
	190
	15
	3,47
	1,51
	-6,4956
	144
	20
	3,41
	1,99
	-6,2196
	117
	25
	3,35
	2,43
	-6,0198
	93
	30
	3,30
	3,07
	-5,7860
	64
	35
	3,24
	4,43
	-5,4194
Estes resultados forneceram as coordenadas para a construção do gráfico de ln k em função de T-1, que possibilita o cálculo da energia de ativação, já que o coeficiente angular da melhor reta descrita, calculada por regressão linear a partir dos pontos experimentais,corresponde a Ea/R, sendo, Ea a energia de ativação e R a constante universal dos gases, 8,3145 J.mol-1.K-1.
Gráfico 1 - Pontos experimentais que permitem o cálculo da energia de ativação para a reação a partir de ln k em função do inverso da temperatura.
Para encontrar a energia de ativação da reação, devemos utilizar a equação de Arrenhius:
K = A x (Equação 1)
Em que:
k = Constante de velocidade;
Ea = Energia de ativação da reação;
R = Constante dos gases ideais (8,3145 J.mol-1.K-1);
T = A temperatura absoluta em Kelvin (K)
A = Fator pré-exponencial, que está relacionado ao fator de colisão das moléculas (s-1);
É possível facilitar a equação multiplicando os dois lados da igualdade por ln (logaritmo neperiano), obtendo a seguinte equação:
ln(k) = ln(A) - x (Eq 4)
Em que:
ln(k) = Logaritmo neperiano da constante da velocidade;
ln(A) = Logaritmo neperiano do fator pré-exponencial;
- = A energia de ativação dividida pela constante universal dos gases ideais;
 = O inverso da temperatura absoluta (K-1).
A equação 4 é uma equação da reta de uma função afim, f(x) = ax + b, onde a e b são números reais dados e a≠0. Na função f(x) = ax + b, o número a é chamado de coeficiente de x e o número b é chamado termo constante:
Os valores obtidos para o f(x) e o x da equação estão na tabela 1.
Com relação ao gráfico, foi observada uma ótima linearidade com um R² = 0,9933 que
demonstra a determinação correta de uma reação de pseudo primeira ordem, por conta do
excesso de Iodeto de Potássio.
Utilizando os dados fornecidos pela reta, podemos efetuar o cálculo da energia de ativação e o fator de frequência da colisão (A).
Substituindo os valores encontrados na equação 4, obtemos a Energia de ativação:
- = -4623,3
-Ea = -4623,3 x 8,3145 J.mol-1.K-1
Ea = 38440,428 J.mol-1.K-1
Ea = 38,440 kJ/mol
Temos o fator pré-exponencial (coeficiente linear):
ln(A) = 9,5153
A = 
A = 1,356.104
Os resultados encontrados para esta reação foi Ea (energia de ativação) com o valor de 38,44 kJ/mol e o fator pré-exponencial foi de 1,356.104 .
5 CONCLUSÃO
Os resultados obtidos no experimento corroboram com a teoria das colisões, uma vez que o aumento da temperatura ocasionou um número maior de colisões efetivas, diminuindo o tempo para ocorrer a reação. 
A equação de Arrenhius possibilita entendermos como a taxa de reação depende da temperatura. Os dados experimentais permitiram determinar o valor de 38,44 kJ.mol-1 para a energia de ativação desta reação. O fator pré-exponencial especifica a fração das colisões com energia superior à energia de ativação, o valor encontrado foi 1,356.104 s-1. 
O gráfico permite concluir que o modelo linear se ajusta ao conjunto de observações, já que o coeficiente de correlação apresenta o valor de 0,9933, que é bastante satisfatório, uma vez que está próximo de 1.
6 REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICAS
CONSTANTINO, M. G; da Silva G. V. J; DONATE, P. M. Fundamentos de Química Experimental. 2. ed. São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 2014.
KOTZ, J. C.; TREICHEL, P. M.; WEAVERG. C. Química geral e reações químicas. 6. Ed. São Paulo: Cengage Learning, 2009. 1018 p.
PERUZZO.F.M.; CANTO.E.L., Química na abordagem do cotidiano, volume 1, 4a edição, ed moderna, São Paulo, 2006.
ATKINS, P. W., PAULA, J., Físico-Química, Vol. 1, LTC, 2013
Gráfico de ln k x 1/T
ln k	
3.5300000000000002E-3	3.47E-3	3.4099999999999998E-3	3.3500000000000001E-3	3.3E-3	3.2399999999999998E-3	-6.8215000000000003	-6.4955999999999996	-6.2195999999999998	-6.0198	-5.7859999999999996	-5.4194000000000004	1/T
ln k