Relatório 1 FQ EXPer

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 Relatório Técnico Científico 
 
 CINÉTICA QUÍMICA 
 
 
Beatriz Silva Santos 
Professor: Marcos Benedito Jose Geraldo de Freitas 
 
Universidade Federal do Espírito Santo- UFES 
 
 
RESUMO 
Os parâmetros cinéticos de uma reação química podem ser obtidos através de 
diferentes mecanismos eficientes nas análises dos dados experimentais. 
Neste relatório, o éster acetato de etila foi ser hidrolisado em meio ácido e 
alcalino, à temperatura de 25 e 45°C, utilizando os métodos de retirada de 
alíquota e o contínuo. Os dados experimentais foram ajustados às leis de 
velocidade primeira e segunda ordem, utilizando de regressão linear. Na 
hidrólise alcalina, o melhor ajuste encontrado foi para a lei de velocidade de 
segunda ordem. A partir da determinação da ordem da reação, determinou-se 
a constantes de velocidade (Kv), a energia de ativação (Ea) e o fator de 
frequência (A). 
Palavras-chave: Cinética química, constante de velocidade, ordem de reação, 
hidrólise. 
 
1. Introdução 
A cinética química investiga como diferentes condições do sistema 
podem influenciar a velocidade dos processos químicos, provendo informações 
sobre mecanismos de reação e estados de transição, além de modelos 
matemáticos que descrevem as características destes processos 
(SOUSTELLE, 2011). Sob a perspectiva da cinética química, as reações 
 
 
2 
 
químicas estão relacionadas ao contato das moléculas e a uma quantidade de 
energia necessária para tais moléculas se distorcerem, alongarem ou 
quebrarem suas ligações, eventualmente formando novas estruturas. Essa 
energia é conhecida como energia de ativação e pode ser interpretada como 
uma barreira que os reagentes devem vencer para formação de produtos. 
Quanto maior a energia de ativação, mais lenta tende a ser a reação, 
consequentemente quanto menor a energia de ativação, menor a barreira 
energética e mais rápida a reação (SOUZA; OLIVEIRA; VALÉRIO, 2018; 
ATKINS, 2008). 
Muitas variáveis podem influenciar a velocidade de uma reação, como 
por exemplo, temperatura, superfície de contato, luz, eletricidade e presença de 
catalisador. A influência da temperatura na velocidade das reações foi 
descoberta muito cedo em química. Em geral, a velocidade de uma reação 
aumenta com a temperatura, mas exceções a esta regra são conhecidas (por 
exemplo, reação entre óxido nítrico e o oxigênio para obter o dióxido de 
nitrogênio tem uma velocidade que diminui à medida que aumenta a 
temperatura) (ATKINS, 2008). 
Para estudar corretamente a velocidade da reação e demais parâmetros 
cinéticos, é necessário determinar primeiramente a ordem da reação, sendo a 
ordem da reação dada pela soma dos expoentes das concentrações (ordens 
parciais), na lei de velocidade. A ordem da reação não pode ser deduzida da 
estequiometria da reação global, mas sim dos dados experimentais de 
velocidade de reação, bem como do mecanismo da reação. Diferentes 
mecanismos podem ser empregados nas análises de dados experimentais, 
destacando-se o integral, o diferencial, o de meia vida, o das velocidades 
iniciais, o da regressão linear e o de regressão não-linear (SOUZA; FARIAS, 
2008). 
O presente relatório tem por objetivo determinar a ordem, constante de 
velocidade e tempo de meia vida da reação de hidrólise do éster acetato de 
etila, catalisada por ácido e por base. Esses parâmetros podem ser calculados 
através da análise de dados obtidos pelos métodos experimentais de retirada 
de alíquota e o contínuo. 
 
 
 
3 
 
2. Experimental 
A) Método de retirada de alíquota na determinação da constante de 
velocidade 
2.1 Preparo e padronização das soluções de NaOH e HCl 
Inicialmente pesou-se 4,998g de hidróxido de sódio para preparar 
500mL de solução 0,25 mol/L. Essa quantidade foi transferida para um balão 
volumétrico de 500mL e o mesmo foi completado com água destilada e a 
solução homogeneizada. Para padronizar o hidróxido de sódio utilizou-se 
aproximadamente 0,5201 g de biftalato de potássio como padrão primário, 
empregando fenolftaleína como indicador. Completou-se a bureta com a 
solução de NaOH e então a titulação foi realizada ate o ponto de viragem. 
 Para preparar 250 mL de HCl 1,0 mol/L, utilizou-se 20,87mL do ácido 
comercial. Em seguida, titulou-se 5,0 mL de HCl com a solução 0,2546 mol/L 
de NaOH, anteriormente padronizada. 
2.2. Determinação da constante de velocidade à 25°C e 40°C 
 A princípio colocou-se em um erlenmeyer de 250 mL, 100 mL de HCl 1,0 
mol/L e 5,0 mL de acetato de etila P.A 99,5%. Homogeneizou-se a solução, 
mantendo a temperatura constante. Nos tempos de 25, 40, 55, 70, 85, 100 
minutos, retirou-se uma alíquota contendo 5,0 mL da solução reacional e as 
transferiu para um erlenmeyer de 125 mL, com indicador fenolftaleína e 
imersas em banho de gelo. Posteriormente cada solução foi titulada com NaOH 
padronizado e o volume do titulante foi registrado em cada ponto de viragem. 
Após 180 minutos de reação, retirou-se uma alíquota de 5,0 mL e determinou-
se V∞. 
B) Método contínuo na determinação da constante de velocidade da 
reação 
 Para preparar 100 mL de solução NaOH 0,04 mol/L, pesou-se 0,1599g 
da base. Em seguida mediu-se a condutividade inicial da solução (k0). Desta 
mesma solução foi retirada uma alíquota de 50 mL, a qual foi transferida para 
um erlenmeyer de 200 mL. A esse elernmeyer, adicionou-se 50 mL de solução 
de acetato de etila comercial, medindo-se os valores de condutividade (kt) a 
 
 
4 
 
cada 5 min. Quando a medida de condutividade parou de variar, aguardou-se o 
tempo de 30 min e mediu-se a condutividade infinta (k∞). 
 
3. Resultados e Discussões 
a) Método de retirada de alíquota na determinação da constante de 
velocidade 
 A hidrólise do acetato de etila catalisada por ácido clorídrico produz 
ácido acético e álcool etílico. A equação estequiométrica é dada por: 
 
CH3COOC2H5 + H2O CH3COOH + CH3CH2OH 
O ácido clorídrico em excesso viabiliza a neutralização da solução de 
acetato de etila, assegurando interrupção das reações, no sentido de obtenção 
de resultados representativos (KUHELI et al., 2011; AL MESFER, 2016). 
A equação da velocidade da reação é dada por: 
V= Kv [CH3COOC2H5] [H2O] 
Para soluções diluídas, a concentração da água está em excesso e sua 
variação com o tempo pode ser desprezada com relação à concentração do 
éster. Então, 
V= Kv [CH3COOC2H5] 
O que caracteriza uma reação de pseudo primeira ordem. 
Nas tabelas 1 e 2 encontram-se os dados referentes às titulações de 25 
a 180 minutos nas temperaturas de 25oC e 40oC. Utilizando esses dados e 
conhecendo a ordem de reação anteriormente determinada, realizou-se o 
ajuste linear dos dados, cujos gráficos 1 e 2 estão presentes a seguir: 
 
 
 
 
H
+
 
 
 
5 
 
Tabela 1- Dados referentes às titulações de 25 a 180 
 minutos a 25oC 
Tempo/min Vt/mL V∞/mL 
25 20,5 24,6 
40 21,0 24,6 
55 21,1 24,6 
70 22,2 24,6 
85 22,6 24,6 
100 21,9 24,6 
180 24,6 24,6 
 
 
 
Tabela 2- Dados referentes às titulações de 25 a 180 
 minutos a 40oC 
Tempo/min Vt/mL V∞/mL 
 
25 
 
20,3 
 
25,4 
40 21,5 25,4 
55 22,2 25,4 
70 23,1 25,4 
85 23,7 25,4 
100 24,6 25,4 
180 25,4 25,4 
 
Com os dados experimentais obtidos e conhecendo a ordem de reação 
anteriormente determinada, realizou-se o ajuste linear dos dados (gráficos 1 e 
2). 
Sendo a equações das retas apresentadas (Equação 1 e 6) e a lei 
integrada da velocidade para reações de primeira ordem, Equação 2, 
determinou-se as constantes de velocidade da reação a 25°C e 40°C: 
Para T= 25°C 
 
 
 
6 
 
 [ ] [ ] 
 
 
 
 [ ] 
 
 
 
 
 
 
Calculando o tempode meia vida a partir da Equação 3: 
 
 
 
 
 
 
 
 
De acordo com a equação 4 e 5 e sendo a constante universal dos 
gases (R) igual a 8,3144 J/mol.K, determinou-se a energia de ativação (Ea) 
e o fator de frequência de colisões (A) para as duas temperaturas: 
 
 
 
 
 
 
(
 
 
 
 
 
 ) 
 
 
 
 
 
 
(
 
 
 
 
 
 ) 
 
 
 
 
 
 
 ⁄
 
 
 
 
 
 ⁄ 
 
 
 
Para T= 40°C 
 
 
 
7 
 
 
 
 
 
 
 
 
Calculando o tempo de meia vida: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fator de frequência de colisões (A): 
 
 
 
 
 ⁄ 
 
 
 
 
 
Gráfico 1- Ajuste linear dos dados experimentais a lei de 
velocidade de primeira ordem 
 
 
 
8 
 
 
Gráfico 2- Ajuste linear dos dados experimentais a lei de 
velocidade de primeira ordem 
 
Nota-se que o ajuste dos dados experimentais às leis de velocidade no 
gráfico 1 não possui comportamento linear R²= 0,675. Já para o ajuste do 
gráfico 1, observa-se um comportamento linear satisfatório, com coeficiente de 
determinação (R²) médio de 0,996. De acordo com o método integral, para 
afirmar que a reação é de determinada ordem, é desejável um R² mais próximo 
da unidade, no entanto, o desvio do gráfico 1 pode se justificar por possíveis 
erros no manuseio dos aparatos experimentais. 
De acordo com os parâmetros cinéticos determinados pelas equações, 
constata-se que houve um aumento da constante de velocidade com o 
aumento da temperatura do meio reacional. Essa dependência pode ser 
descrita por meio da equação de Arrhenius linearizada (Equação), que 
relaciona a velocidade de reação com a temperatura através da energia de 
ativação, Ea, que corresponde à quantidade mínima de energia necessária para 
iniciar uma reação química. 
 
 
 
 
 
 
A energia de ativação (Ea) pode ser interpretada como a energia mínima 
a transpor na passagem de reagentes para produtos. Se a energia de ativação 
for baixa, a velocidade de reação não é sensível à variação de temperatura, 
 
 
9 
 
assim a reação de hidrólise do acetato de etila também ocorre à temperatura 
ambiente, pois apresentou o valor de Ea igual a 42,07 KJ/mol (FOGLER, 2012). 
 
b) Método contínuo na determinação da constante de velocidade da 
reação 
Na hidrólise do acetato de etila em meio alcalino ocorre a produção de 
um sal inorgânico e um álcool. A equação estequiométrica é dada por: 
CH3COOC2H5(aq) + NaOH(aq) → NaCH3COO(aq) + C2H5OH(aq) 
A equação de velocidade dessa reação é dada por: 
V= Kv [CH3COOC2H5] [NaOH] 
 Com os dados experimentais da medida de condutividade em cada 
tempo t, plotou-se os gráficos de primeira e segunda ordem (Figura 1). 
Observa-se que o ajuste dos dados à lei de velocidade de ordem 1 não 
possuem comportamento linear, apresentando R²= 0,614. Já para o ajuste de 
segunda ordem, nota-se um comportamento aceitável, com coeficiente de 
determinação (R²) médio de 0,814, informando que a hidrólise é uma reação de 
2ª ordem. 
Com o ajuste linear dos dados experimentais determinou-se a equação 
da reta: 
 
Sendo a equação da reta apresentada anteriormente e a lei integrada da 
velocidade para reações de segunda ordem (Equação7), determina-se a 
constante de velocidade Kv: 
 
[ ]
 
 
[ ] 
 
 
[ ]
 
 
[ ] 
 
 
A partir da Equação 7 sabe-se que a constante de velocidade (k) é o 
coeficiente angular, assim: 
 
 
 
 
10 
 
 
Figura 1- Ajuste linear dos dados experimentais a lei de 
velocidade de primeira e segunda ordem 
 
4. Conclusões 
Foi possível estimar parâmetros cinéticos relacionados à reação de 
hidrólise alcalina e ácida do éster acetato de etila. A forma da lei de velocidade 
fornece certa compreensão sobre a série de passos elementares através dos 
quais a reação ocorre, como a determinação da constante de velocidade, que é 
diretamente proporcional ao aumento da temperatura. Isso foi confirmado no 
experimento realizado, no qual se notou que o valor de velocidade para a 
hidrólise do éster a 40°C foi maior do que a reação a 25°C. 
 
 
 
 
11 
 
5. Referências Bibliográficas 
AL MESFER, M. K. Experimental Study of the Influence of Process Conditions 
on Tubular Reactor Performance. Journal of Engineering and Applied Sciences, 
v. 3, n. 1, 2016. 
ATKINS, P. W.; Físico-Química, vol. 1 e 2, 8ed., Editora LTC, São Paulo, 2008. 
CASTELLAN, G.; Fundamentos de físico-química, Editora LTC, São Paulo, 
1972. 
FOGLER, H. S. Elementos de engenharia das reações químicas. 4. ed. Rio de 
Janeiro: LTC, 888 p, 2012. 
KUHELI, D. et al. Kinetic Studies on Saponification of Ethyl Acetate Using an 
Innovative Conductivity – Monitoring Instrument with a Pulsating Sensor, Int. J. 
Chem. Kinet, v.43, p. 648-656. 
SOUSTELLE, M. An Introduction to Chemical Kinetics. 1. ed. Great Britain. v.1, 
p. 1-447, 2011. 
SOUZA, D. A. A. DE; OLIVEIRA, G. N. DE; VALÉRIO, P. P. Kinetic study: 
Alkaline Hydrolysis of Esters. e-xacta, v. 11, n. 1, p. 109–118, 2018. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ANEXO 
 
Cálculos para o preparo e padronização das soluções de NaOH e HCl 
- Cálculo da massa de NaOH: 
0,25 mol____________1000 mL 
 X____________500Ml 
X= 0,125 mol de NaOH 
 
m= n.MM 
m(NaOH)= (0,125 mol) x (39,99 g/mol) 
m(NaOH)= 4,998g 
 
- Cálculo concentração de NaOH: 
n(C8H5O4K)= 0,5201g/204,22 g/mol 
n(C8H5O4K)=2,546.10
-3 mol 
n(NaOH)= n(C8H5O4K)= 2,546.10
-3 mol 
Assim, 
 
 
 
 
- Cálculo do volume necessário de HCl comercial: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
100g do produto_________37, 0 g de HCl 
X___________9,115g 
X= 24,63g 
d=m/v 
 
 
13 
 
Assim, 
v 
 
 
 
 
- Cálculo de V0 
C0 x V0= C1 x V1 
0,2546 mol/L x V0= 1,0 mol/L x 5,0 mL 
V0= 19,63 mL