Relatório de Hidrólise do Acetato de Etila - Cinética Química, Trabalhos de Cinética Química

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CENTRO OESTE – UNICENTRO

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA – DEQ

Marina Lima Paloma Dangui Rodrigues

HIDRÓLISE DO ACETATO DE ETILA

Guarapuava- PR 2018

1. INTRODUÇÃO

A ordem de uma reação química é a relação matemática que existe entre a taxa de desenvolvimento ou velocidade da reação e a concentração em quantidade de matéria dos reagentes. A ordem com relação a determinado reagente é o expoente de seu termo de concentração na expressão da velocidade, e a ordem total de reação é a soma dos expoentes de todos os termos de concentração. Por exemplo, a equação de velocidade experimentalmente determinada para a reação de 2NOCl: 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 = 𝑘[𝑁𝑂]^2 [𝐶𝑙 2 ] Equação 1- Equação genérica de ordem de reação A constaste de velocidade k , é uma constate de proporcionalidade que relaciona a velocidade e concentração a uma determinada temperatura. É uma quantidade importante porque nos permite encontrar a velocidade de reação para um novo conjunto de concentrações. A velocidade inicial de uma reação é a velocidade instantânea no início da reação. A lei de velocidade genérica de reação pode ser definida como: −𝑑[𝑅] 𝑑𝑡 = 𝑘[𝑅]

∝ Equação 2- Lei de velocidade genérica Onde α é a ordem de reação, k a constate de velocidade e R os reagentes.  Reações de Ordem Zero. Para uma reação de ordem zero do tipo ( R→ produtos) a equação de velocidade é:^1 [𝑅] = [𝑅] 0 − 𝑘𝑡

 Reações de Primeira Ordem. Suponha que a reação ( R→ produtos) seja de primeira ordem. Isto significa que a velocidade de reação é diretamente proporcional à concentração de R elevada a primeira potência. Utilizando os métodos de cálculo, essa relação para uma reação de primeira ordem pode ser transformada em uma equação de velocidade integrada.^1 𝑙𝑛[𝑅] = [𝑅] 0 − 𝑘𝑡 Equação 4 – Equação de primeira ordem Expressando graficamente uma reação de primeira ordem temos:

2. OBJETIVOS

Esse relatório tem como objetivo estudar a cinética desta reação em diferentes temperaturas, determinando a ordem e a energia de ativação das reações.

3. MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 Materiais - Agitador mecânico; - Balão volumétrico de 1000 mL; - Banho termostático; - Béquer de 1000 mL; - Bureta de 50 mL; - Cronômetro digital; - Erlenmeyer de 125 mL e 500 mL; - Pipeta graduada de 25 mL; - Pipeta volumétrica de 25 mL; - Solução de acetato de etila 0,02 M; - Solução de HCl 0,02 M; - Solução de NaOH 0,02 M; - Termômetro. 3.2 Métodos Com a pipeta volumétrica, pipetou-se 30 mL da solução de HCl 0,02 M em oito erlenmeyers de 125 mL, adicionando a cada um deles 3 gotas de fenolftaleína. Colocou-se 250 mL de solução de NaOH em um erlenmeyer de 500 mL com uma proveta e 250 mL de solução de acetato de etila em um erlenmeyer de 500 mL. As soluções dos erlenmeyers foram transferidas para o béquer de 1000 mL, marcando com o auxílio do cronômetro o instante do início da reação, mantendo-o sob agitação constante. Retirou-se amostras de 25 mL com o auxílio da pipeta graduada aos 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50 e 60 min, passando-as para cada um dos oito erlenmeyers que

continham HCl. O procedimento foi feito rapidamente, anotando o tempo gasto na transferência da mistura até os erlenmeyers com HCl. Titulou-se o ácido excedente nos erlenmeyers com a solução de NaOH 0,02 M, usando a fenolftaleína como indicador e anotou-se o volume de titulante gasto. O procedimento foi repetido com a temperatura a 45 ºC, deixando os dois erlenmeyer no banho termostático, na temperatura de 45 ºC, e misturando-os após o equilíbrio térmico verificado com um termômetro.

Figura 1 - Gráfico do número de mols restante de acetato de etila pelo tempo para uma reação de ordem zero.

Para o gráfico da reação de primeira ordem utilizou-se o ln nAcEt..

Figura 2 - Gráfico do ln nAcEt pelo tempo, para reação de primeira ordem.

y = - 5E-08x + 0, R² = 0,

0,00E+

5,00E- 05

1,00E- 04

1,50E- 04

2,00E- 04

2,50E- 04

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

n (AcEt) restou (mol)

t (s)

y = - 0,0004x - 8, R² = 0,

• 9,
• 9,
• 9,
  • 9
• 8,
• 8,
• 8,
• 8, 0 500 1000 1500 2000 2500 3000

ln n (AcEt)

t(s)

Para o gráfico de reação de segunda ordem usou-se os valores de 1̸ nAcEt.

Figura 3 - Gráfico de 1 ̸nAcEt pelo tempo para uma reação de segunda ordem. A partir dos gráficos tem-se que a reação é de primeira ordem, visto que seu ajuste linear foi o maior, e a partir a equação da reta do gráfico determinou-se k 27 como sendo 0,004 mol s-^1. A segunda parte do procedimento onde a temperatura foi mantida em 45ºC obteve os seguintes resultados dispostos na Tabela 3. Através desses dados, calculou-se o número de mols que reagiram no sistema, e realizou-se os cálculos tendo como base as equações de ordem para a construção dos gráficos.

Tubo t (s) VNaOH gasto (L) nAcEt (restou) (mol) ln nAcEt 1 ̸ nAcEt 1 132 0,0223 0,000153 -8,79 6,54E 2 434 0,0249 0,000102 -9,19 9,80E 3 620 0,0257 0,000087 -9,35 11,49E 4 1215 --- --- --- --- 5 1817 0,0259 0,000081 -9,42 12,35E 6 2415 0,0265 0,000069 -9,58 14,49E Tabela 3 - Dados e respectivo tratamento do experimento a 45°C. Com isto, os seguintes gráficos foram plotados para os três tipos de ordem para então determinar a verdadeira ordem da reação pelo ajuste linear.

y = 3,1279x + 4198, R² = 0,

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

1/n (AcEt)

t (s)

Para segunda ordem:

Figura 6 - Gráfico de 1 ̸ nAcEt pelo tempo a 45°C para uma reação de segunda ordem. Sendo o gráfico de segunda ordem o que possuiu melhor linearização, a constante de velocidade é determinada como k 45 = 2,7078 mol s-^1. Com as duas constantes de velocidade determinadas encontra-se a energia de ativação envolvida na reação, para isto usou-se a equação abaixo:

𝑙𝑛 𝑘 𝑘^2 1

= −𝐸 𝑅 𝑎[ 𝑇^1

2

− 𝑇^1

1

]

Então, para a hidrólise de acetato de etila a energia de ativação encontrada foi Ea = 287,47 kJ mol-^1.

y = 2,7078x + 8000, R² = 0,

5,00E+

7,00E+

9,00E+

1,10E+

1,30E+

1,50E+

1,70E+

0 500 1000 1500 2000 2500

1/ nAcEt

t (s)

5. CONCLUSÕES

Pode-se observar que a em diferentes temperaturas a ordem de reação foi diferente, isso pode ser explicado por erros cometidos experimentalmente, o que fica evidenciado pela baixa correlação linear obtida nos gráficos plotados usando os dados experimentais, porém ainda assim foi possível calcular a energia de ativação da reação, contemplando assim todos os objetivos do experimento.

6. REFERÊNCIAS

ATKINS, P. W., Físico-Química, 6º Edição, vol. 3, Rio de Janeiro: LTC, 1999.

RANGEL,R.N. Práticas de físico-química, São Paulo: Edgard Blücher, 1997.