Práticas de Físico-Química Experimental

FSICO-QUMICA EXPERIMENTAL Pgina 1

Fsico-Qumica Experimental

G2

Paulo Gonalves

Lucas Bourscheidt


Experimento 1: PRESSO DE VAPOR DE LQUIDOS .............................................. 3 Experimento 2: EQUILBRIO LQUIDO-VAPOR EM SISTEMAS BINRIOS ........ 5 Experimento 3: TERMODINMICA DE CLULAS ELETROQUMICAS .............. 8 Experimento 4: CONDUTIVIDADE DE ELETRLITOS ......................................... 11 Experimento 5: VISCOSIDADE DE LQUIDOS ....................................................... 14 Experimento 6: CINTICA QUMICA ....................................................................... 18


Experimento 1: PRESSO DE VAPOR DE LQUIDOS

Objetivo: Determinar a presso de vapor de um lquido puro e a sua entalpia de vaporizao.

Introduo: O termo presso de vapor de um lquido refere-se presso do vapor em equilbrio com o lquido, a dada temperatura. A presso de vapor dos lquidos aumenta de forma exponencial ao elevar-se a temperatura. Representando graficamente a presso de vapor de um lquido em funo da temperatura, obtm-se a chamada curva de presso de vapor, limitada pelo ponto triplo e pelo ponto crtico. Entre essas duas temperaturas, possvel estabelecer o equilbrio lquido-vapor. A temperatura de ebulio do lquido definida como a temperatura em que a presso de vapor iguala-se presso externa a qual o lquido est submetido. Desta forma, a curva de presso de vapor pode ser utilizada com a finalidade de estabelecer a temperatura de ebulio de determinado lquido, dada a presso externa. Para que haja equilbrio entre lquido e vapor, o potencial qumico do lquido deve ser igual ao potencial qumico do vapor. Partindo dessa condio termodinmica de equilbrio e considerando que o vapor se comporta idealmente, demonstra-se equao de Clausius-Clapeyron:

2ln

RTH

dTPd vap

=

P a presso de vapor do lquido na temperatura T. Integrando essa equao, obtm-se:

CRTH

P vap +

=ln

Sendo essa relao linear, um grfico de lnP em funo de 1/T fornece uma reta cujo coeficiente angular RH vap .

Material: Bomba de vcuo com manmetro Trap Mangueiras de silicone Banho termosttico Balo de 3 bocas Tubo de ensaio pequeno Termmetro Etanol P.A.


Procedimento: a) Coloque o lquido-problema (etanol) no balo de 3 bocas de modo a preencher

metade do seu volume. b) Tome o tubo de ensaio (o qual se encontra unido a um termmetro) e preencha-o

com o lquido-problema, de modo que no haja bolhas de ar. Monte a aparelhagem de acordo com o esquema abaixo. Observao: para virar o tubo de ensaio dentro do balo, utilize um pequeno pedao de papel-filtro sobre a superfcie do lquido do tubo, evitando que o mesmo escorra.

c) Coloque o tubo de ensaio em banho termosttico a 40C e espere que equilbrio trmico seja atingido.

d) Acione a bomba de vcuo e, quando a superfcie do lquido no tubo de ensaio estiver no mesmo nvel que o lquido no balo, leia imediatamente a presso no manmetro da bomba de vcuo e a temperatura no termmetro. Anote a presso e a temperatura. Observao: em caso de dvida na leitura do manmetro, pea ajuda.

e) Repita o procedimento para vrias temperaturas diferentes entre 40C e 65C, em intervalos de 3C, anotando os valores de P e T.

f) Construa dois grficos: P versus T e lnP versus 1/T g) Determine a entalpia de vaporizao do lquido e compare com o valor encontrado

na literatura.


Experimento 2: EQUILBRIO LQUIDO-VAPOR EM SISTEMAS BINRIOS

Objetivo: Determinar a curva do ponto de ebulio versus composio de uma mistura binria. A temperatura de diversas misturas binrias ser determinada com o auxlio de um ebulimetro de Swietoslawski modificado. As composies das fases em equilbrio (lquido e vapor) sero determinadas atravs de medidas de densidade. Os dados obtidos permitiro o traado de um diagrama da temperatura de ebulio em funo da composio da mistura lquida. Ser traada tambm a curva da composio do vapor em equilbrio com o lquido.

Material: Ebulimetro de Swietoslawski Termmetro Manta de aquecimento 5 pipetas volumtricas de 20 mL 6 pipetas graduadas de 5 mL 2 pipetas graduada de 10 mL 4 erlenmeyer com tampa 1 bquer de 50 mL 12 provetas de 10 mL Papel filme Balana analtica Acetona e clorofrmio Solues acetona/clorofrmio com fraes molares de acetona de 0,21, 0,42, 0,62 e

0,81

Procedimento: a) Determine a densidade das solues acetona/clorofrmio com fraes molares de

acetona de 0,21, 0,42, 0,62 e 0,81. Para isso, pipete 20 mL de cada soluo para dentro de erlenmeyers com tampa previamente pesados, fechando bem cada erlenmeyer para evitar evaporao e pesando-os em seguida. Utilizando as densidades obtidas e conhecendo as densidades dos lquidos puros, construa uma curva de calibrao de densidade versus frao molar de acetona.

b) Numere e pese 12 provetas de 10 mL com a boca fechada com papel filme. Anote os pesos na tabela em anexo. Essas provetas sero utilizadas para a retirada de amostras de lquido e de vapor condensado da mistura binria (veja item d).

c) Coloque aproximadamente 30 mL de clorofrmio puro no ebulimetro e aquea o sistema com a manta at a ebulio. Espere a temperatura estabilizar e anote-a. Como essa a temperatura de ebulio do clorofrmio puro a 1 atm, chamada de


ponto de ebulio normal do clorofrmio. (Importante: enquanto o ebulimetro estiver em operao, mantenha a circulao de gua no condensador).

d) Abaixe a manta de aquecimento e adicione aproximadamente 7 mL de acetona ao clorofrmio no ebulimetro. Levante a manta e aquea a mistura at a ebulio. Espere a temperatura estabilizar e anote-a.

e) Abaixe a manta de aquecimento e retire, com uma pipeta de 5 mL, aproximadamente 3 mL da mistura lquida em ebulio e transfira para uma das provetas pesadas no item b, fechando-a imediatamente com o papel filme para evitar evaporao. Faa a leitura do volume transferido na proveta e pese-a. Calcule a densidade da mistura lquida. Utilizando a curva de calibrao obtida no item a, determine a composio da mistura lquida.

f) Para a determinao da composio da fase vapor em equilbrio com o lquido, retire aproximadamente 3 mL do vapor condensado para uma das provetas pesadas no item b, fechando-a imediatamente com o papel filme para evitar evaporao. Faa a leitura do volume transferido na proveta e pese-a. Calcule a densidade do vapor condensado. Utilizando a curva de calibrao obtida no item a, determine a composio da fase vapor.

g) Acrescente aproximadamente mais 7 mL de acetona mistura lquida no ebulimetro. Levante a manta e aquea a mistura at a ebulio. Espere a temperatura estabilizar e anote-a. Repita os procedimentos descritos nos itens e e f.

h) Repita os procedimentos descritos nos itens e, f e g tantas vezes quanto for necessrio para o traado das curvas de equilbrio. (Importante: para a retirada de amostras da fase lquida utilize uma pipeta diferente em cada amostragem e para a retirada de amostras de vapor condensado faa a ambientao da sada da torneira descartando parte da mistura em um bquer).

i) De posse dos dados de composio da fase lquida e da fase vapor em equilbrio em cada temperatura de ebulio, construa o diagrama de temperatura de ebulio em funo da composio para o sistema estudado e determine a temperatura de ebulio e a composio do azetropo.


EQUILBRIO LQUIDO-VAPOR

CURVA DE CALIBRAO

xacetona Massa do erlenmeyer vazio Massa do erlenmeyer com mistura V / cm3 Densidade 0,00 0,21 0,42 0,62 0,81 1,00

CURVAS DE EQUILBRIO

Temperatura de ebulio do corofrmio puro:__________

Temperatura de ebulio / C

Fase Massa da proveta vazia

Massa da proveta com

mistura

Volume Densidade xacetona

Lquido

Vapor Lquido

Vapor Lquido

Vapor Lquido

Vapor Lquido

Vapor Lquido

Vapor


Experimento 3: TERMODINMICA DE CLULAS ELETROQUMICAS

Objetivo: Determinar grandezas termodinmicas de uma reao de oxirreduo atravs de medidas eltricas.

Introduo: Neste experimento sero determinadas as grandezas termodinmicas associadas seguinte reao de oxirreduo:

Zn(s) + CuSO4(aq) Cu(s) + ZnSO4(aq) A clula galvnica correspondente (pilha de Daniell) representada por:

Zn|ZnSO4(1,0 M)||CuSO4(1,0 M)|Cu Quando a clula opera reversivelmente, o trabalho eltrico produzido relaciona-se energia livre de reao pela frmula:

nFEG = E a tenso para operao da clula, n o nmero de eltrons transferidos e F a constante de Faraday (96500 Coulombs/mol). Partindo da definio G = H TS, demonstra-se que, num processo isobrico:

( )PP T

EnF

TGS

=

=

A partir da equao acima, possvel obter a equao de Gibbs-Helmholtz:

= ETETnFH

P

Esta ltima equao permite o clculo do efeito trmico de uma reao, quando se conhece o coeficiente de variao da tenso com relao temperatura, ( )PTE .

Material: 2 bqueres de 250 mL 2 termmetros com rolhas 2 bastes de vidro Tubo de vidro em U Esptula de plstico Suporte com duas agarras Banho termosttico Multmetro Algodo Fio de cobre Pedao de zinco Soluo saturada de KCl


Soluo de CuSO4 1,0 molL-1 Soluo de ZnSO4 1,0 molL-1

Procedimento: a) Regule o multmetro para realizar medidas de potencial eltrico, ajustando-o em 2

volts. b) Coloque num bquer 200 mL de soluo de CuSO4 1,0 molL-1. Num outro bquer,

coloque 200 mL de soluo de ZnSO4 1,0 molL-1. Insira os dois bqueres num banho termosttico inicialmente temperatura ambiente (desligado) e monte a aparelhagem segundo o esquema abaixo. (Importante: ligue o eletrodo de cobre na entrada Hcz do multmetro e o eletrodo de zinco na entrada COM do multmetro, tendo o cuidado de evitar contato entre os jacars e as solues de CuSO4 e de ZnSO4).

c) Insira um termmetro em cada bquer, fixando-os a um suporte universal. Espere o sistema estabilizar, verificando se as temperaturas registradas nos dois termmetros so iguais. Registre a temperatura e o potencial eltrico da clula indicado no multmetro.

d) Ligue o banho termosttico e regule-o para a temperatura de 35C. Com o auxlio dos bastes de vidro, agite suavemente as solues de CuSO4 e de ZnSO4, tornando a temperatura uniforme em cada bquer (Importante: selecione um basto de vidro exclusivo para cada soluo). Para uniformizar a temperatura do banho, utiliza uma esptula de plstico.

e) Estabilizada a temperatura, registre-a e anote o potencial eltrico da clula indicado no multmetro.


f) Repita a determinao do potencial eltrico para outras temperaturas at 70C, realizando no mnimo cinco medidas.

Clculo: Utilizando um programa (excel, por exemplo), faa um grfico de potencial eltrico versus temperatura e ajuste uma funo (linear ou quadrtica) aos dados experimentais. Determine ento o valor de ( )PTE a 298 K e, utilizando as relaes termodinmicas adequadas (veja introduo), calcule o valor de H298 para a reao estudada. Calcule tambm os valores de G298, S298 e da constante de equilbrio da reao.

TERMODINMICA DE CLULAS ELETROQUMICAS

Temperatura (oC) Tenso (V ou mV)

Identifique a polaridade dos eletrodos: Positivo:_______________________ Negativo:______________________


Experimento 4: CONDUTIVIDADE DE ELETRLITOS

Objetivo: Determinar a condutncia molar de solues eletrolticas e calcular o grau de dissociao e o pKa de um cido fraco.

Introduo: A dificuldade que uma amostra oferece passagem da corrente eltrica denominada de resistncia e medida em ohm (Ampre/Volt). A condutncia C o inverso da resistncia e sua unidade o ohm-1 (tambm chamado de mho ou Siemens).

lAC =

uma propriedade do material (ou da soluo eletroltica) chamada de condutncia especfica ou condutividade (unidade mhocm1 ou mhom1). No caso de solues, varia com a concentrao, de modo que a grandeza mais conveniente de ser estudada a condutncia molar , definida como sendo o quociente entre e a concentrao molar c.

c

=

Existem basicamente dois comportamentos distintos de eletrlitos em soluo: aqueles que apresentam uma condutncia molar elevada (chamados de eletrlitos fortes) e aqueles que apresentam uma condutncia molar baixa (eletrlitos fracos). Alm disso, os eletrlitos fortes apresentam uma dependncia da condutncia molar com a concentrao que nos permite extrapolar para uma concentrao tendendo a zero, obtendo um valor chamado de condutncia molar limite ou de diluio infinita 0:

=00

limc

De fato, na regio das baixas concentraes, Kohlrausch demonstrou que as condutncias molares variam linearmente com a raiz quadrada da concentrao:

cb= 0 A condutncia molar pode ser determinada usando-se um condutivmetro. A partir do valor de e 0 podemos calcular o grau de dissociao do eletrlito:

0

=

Alm disso, possvel calcular a constante de acidez (Ka) de cidos monoprticos pela relao:

[ ]HAK a

=

1

2


Material: Condutivmetro Padro para calibrao do condutivmetro Solues 1,0 molL-1 de KCl e CH3COOH Pipetas volumtricas adequadas para a preparao das solues abaixo Bales de 50 mL Termmetro Banho termosttico

Procedimento: a) Prepare solues de 50 mL de diversas concentraes de KCl: 0,50, 0,40, 0,20,

0,10, 0,04, 0,02 molL1 a partir da soluo matriz 1,0 molL1. b) Prepare solues de 50 mL de diversas concentraes de CH3COOH: 0,50, 0,40,

0,20, 0,10, 0,04, 0,02 molL1 a partir da soluo matriz 1,0 molL1. c) Deixe ambientar a 25C. d) Utilizando o condutivmetro (veja instrues em anexo), mea a condutividade de

cada uma das solues de KCl. Realize as medidas em ordem crescente de concentrao sem lavar o eletrodo do condutivmetro entre duas medidas consecutivas. Anote os resultados na tabela em anexo. (Importante: tenha muita ateno com relao s unidades (S, mS ou S)).

e) Para realizar as medidas de condutividade das solues de CH3COOH, lave o eletrodo do condutivmetro e proceda de acordo com as instrues do item (d).

Clculo: KCl Calcule a condutncia molar das solues de KCl. Trace um grfico da condutncia molar em funo da raiz quadrada da concentrao. Verifique a validade da equao de Kohlrausch. Obtenha por extrapolao o valor de 0 e compare com o valor tabelado. Determie o grau de dissociao do KCl em cada soluo. CH3COOH Calcule a condutncia molar das solues de CH3COOH. Trace um grfico da condutncia molar em funo da raiz quadrada da concentrao. Sabendo-se que a condutncia molar do cido actico a diluio infinita, a 298 K, 39,0510-3 mhom2mol1, determine o grau de ionizao do cido para cada soluo de CH3COOH e, a partir disso, o pKa do cido em cada soluo e o valor mdio de pKa.


CONDUTIVIDADE DE ELETRLITOS

Cloreto de potssio c (mol/L) c (mol/m3)

cido actico c (mol/L) c (mol/m3)

Anexo: Instrues para uso do condutivmetro 1) Ligar o equipamento na tecla On/Off. 2) Lavar o eletrodo com gua deionizada e sec-lo com papel absorvente. 3) Colocar o eletrodo na soluo, cuidando para que no fiquem bolhas ao redor do

eletrodo. 4) Esperar o equipamento realizar a leitura. Quando aparecer Ready no visor, a leitura foi

completada.


Experimento 5: VISCOSIDADE DE LQUIDOS

Objetivo: Determinar a viscosidade de diferentes lquidos temperatura constante, aplicando a lei de Poiseuille. Determinar a energia de ativao para o fluxo destes lquidos a partir do seu coeficiente de viscosidade em vrias temperaturas.

Introduo: O coeficiente de viscosidade uma das propriedades de transporte mais relevantes na caracterizao de fluidos e definida como a constante de proporcionalidade entre o fluxo de quantidade de movimento (p = mv) e o gradiente de velocidade na direo transversal:

yvJ xy

=

Este conceito mais fcil de entender se imaginarmos o fluido como uma srie de camadas finas, como um baralho de cartas. O gradiente de velocidade est relacionado variao da velocidade das cartas, causado por uma fora tangencial que tende a espalh-las (tenso de cisalhamento). Uma viscosidade elevada significa que o fluido resiste bastante ao cisalhamento, ao passo que uma viscosidade baixa significa uma facilidade em espalhar o fluido, ou seja, uma pequena resistncia ao cisalhamento (portanto, uma grande fluidez). O coeficiente de viscosidade depende do fluido e da temperatura e pode ser determinado por equipamentos chamados de viscosmetros, os quais relacionam propriedades facilmente mensurveis viscosidade. Dentre estas propriedades encontra-se o tempo de fluxo de um fluido submetido passagem atravs de um capilar. O volume (medido a uma presso P0) escoado por unidade de tempo num tubo capilar de raio a e comprimento L, submetido a presses P1 numa extremidade e P2 na outra dado pela frmula de Poiseuille:

( )

pi

LPPa

dtdV

821

4

=

Quando aplicamos esta frmula a lquidos, a diferena de presso se deve altura da coluna (presso hidrosttica P = gh), de modo que teremos:

pi

Lgha

dtdV

8

4

=

Considerando que a vazo seja constante no tempo e rearranjando a equao acima, encontramos que a viscosidade ser dada por:

Vt

Lgha

=

8

4 pi

Na prtica, porm, no precisamos ter um conhecimento muito detalhado do aparelho, uma vez que podemos calibr-lo com um lquido de viscosidade conhecida. Escoando volumes


iguais de dois lquidos (1) e (2) de densidades 1 e 2, que escoam em tempos t1 e t2, as viscosidades se relacionam atravs de:

22

11

2

1

t

t

=

Assim,conhecendo a viscosidade do lquido 2, pode-se calcular a viscosidade do lquido 1 pela frmula acima.

Para que uma molcula de desloque em um lquido, ele deve adquirir pelo menos um mnimo de energia para escapar da atrao das molculas vizinhas. Essa energia chamada de energia de ativao da viscosidade, Ea. Ea a energia de ativao necessria para iniciar o movimento entre as camadas moleculares. A probabilidade de que uma

molcula tenha pelo menos uma energia Ea proporcional RTEa

e

(fator de Boltzmann), de modo que a mobilidade das molculas no lquido deve obedecer ao mesmo tipo de dependncia em relao temperatura. Como a viscosidade inversamente proporcional mobilidade das partculas, devemos ter para a viscosidade de um lquido:

RTEa

Ae= (Equao de De Guzmn) (Observe o sinal positivo do expoente). A uma constante dependente da massa molar e do volume molar do lquido. Essa expresso mostra que a viscosidade de um lquido deve diminuir drasticamente com o aumento da temperatura. A equao de De Guzmn pode ser linearizada tomando-se o seu logaritmo:

TRE

A a 1lnln +=

De acordo com De Guzmn, a energia de ativao Ea est relacionada ao calor de vaporizao do lquido:

03,0 vapa HE

Material: Viscosmetro de Ubbelohde Seringa para suco Termmetro Banho termosttico com refrigerao Hexano Tolueno gua

Procedimento: a) Regule o banho termosttico para a temperatura de 20C.


b) Pipete 10 mL de hexano para o interior do viscosmetro, mergulhando o mesmo em banho termostatizado e, com o auxlio de uma seringa, succione o lquido acima das marcas.

c) Cronometre o tempo de escoamento do fluido. Repita mais duas vezes o procedimento para o hexano a 20C.

d) Repita o procedimento para o tolueno e para a gua, na mesma temperatura. No se esquea de ambientar o viscosmetro a cada troca de lquido.

e) Aumente a temperatura do banho termosttico para 30C e repita as medidas de tempo de escoamento para os trs lquidos.

f) Aumente a temperatura do banho termosttico para 40C e repita as medidas de tempo de escoamento para os trs lquidos.

Clculo: Utilizando os dados da tabela 1, construa um grfico de ln() versus 1/T e encontre a energia de ativao da viscosidade da gua. Tomando a gua como referncia, determine o coeficiente de viscosidade do hexano e do tolueno. Trace os grficos de ln() versus 1/T para hexano e tolueno, determinando as energias de ativao para estes dois lquidos. Procure na literatura as entalpias de vaporizao dos trs lquidos e discuta a validade da relao de De Guzmn.

Tabela 1: Viscosidade da gua a vrias temperaturas. Temperatura / C Viscosidade / cP

10 1,308 20 1,002 30 0,798 40 0,653 50 0,547 60 0,468 70 0,404 80 0,355 90 0,315 100 0,282


VISCOSIDADE DE LQUIDOS

Substncia: Hexano = 0,6548 gcm3 Ea = Hvap = Temperatura Tempo (1 medida) Tempo (2 medida) Tempo (3 medida) Tempo (mdia) T1 = T2 = T3 =

Substncia: Tolueno = 0,8660 gcm3 Ea = Hvap = Temperatura Tempo (1 medida) Tempo (2 medida) Tempo (3 medida) Tempo (mdia) T1 = T2 = T3 =

Substncia: gua = 0,9991 gcm3 Ea = Hvap = Temperatura Tempo (1 medida) Tempo (2 medida) Tempo (3 medida) Tempo (mdia) T1 = T2 = T3 =


Experimento 6: CINTICA QUMICA

PARTE 1: CINTICA DE INVERSO DA SACAROSE

Objetivo: Determinar a constante de velocidade de uma reao de primeira ordem por polarimetria.

Introduo: A reao de hidrlise da sacarose em meio cido, quando realizada em presena de excesso de gua, uma reao de primeira ordem: H+

C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 (+)-Sacarose D-(+)-Glicose D-()-Frutose

O progresso desta reao facilmente seguido medindo-se o ngulo de desvio do plano da luz polarizada. A sacarose dextrgira, enquanto a mistura de glicose-frutose resultante levemente levgira. Como conseqncia, se a reao for levada a efeito em soluo, o plano da luz polarizada inicialmente desviado no sentido positivo. O valor do desvio sofrido pelo plano da luz polarizada diminui com o avano da reao, e, finalmente, passa a ser negativo. A concentrao da sacarose, C, a cada instante t, ser dada por:

( )

= tC uma constante de proporcionalidade, t o ngulo de desvio no tempo t e o ngulo de desvio depois de completada a reao. Sendo a reao de primeira ordem, pode-se escrever:

kCdtdC

=

que integrada fornece:

=

CC

kt 0ln1

Substituindo C por ( )

t e C0 por ( ) 0 , podemos escrever: ( ) ( ) ktt = 0lnln

Esta ltima equao uma relao linear que permite obter graficamente a constante de velocidade da reao a partir de medidas de ngulo de desvio do plano da luz polarizada em funo do tempo. O coeficiente angular da reta obtida a partir de um grfico relacionando

( )

tln versus t fornece o valor de k.

Material: Polarmetro 2 Bqueres


2 Erlenmeyers de 125 mL Termmetro 1 Erlenmeyer com tampa esmerilhada 2 Pipetas volumtricas de 50 mL Soluo de sacarose 200g/L Soluo de HCl 4,0 mol/L Cronmetro

Procedimento: a) Pipete 50 mL de soluo de sacarose e 50 mL de soluo de HCl para um

erlenmeyer de 125 mL com tampa esmerilhada. Identifique o erlenmeyer. Aps a adio do cido, trabalhe o mais rapidamente possvel.

b) Encha o tubo polarmetrico (previamente lavado com gua destilada e seco) com a soluo preparada no item anterior. Trabalhe com luvas e procure encher o tubo completamente.

c) Coloque o tubo no polarmetro e faa a leitura do ngulo de desvio do plano da luz polarizada. Acione o cronmetro.

d) Faa leituras do ngulo de desvio a cada 5 minutos at completar 60 minutos. e) Deixe o erlenmeyer identificado reservado para fazer a leitura do ngulo de desvio

aps, no mnimo, 48 horas. Combine com a tcnica responsvel pelo laboratrio um horrio para proceder com a leitura. Este horrio no deve coincidir com outras aulas que estejam sendo executadas no laboratrio.

Clculo da constante de velocidade: Utilize a relao linear para obter a constante de velocidade. Para isso, faa um grfico de

( )

tln versus t para obter k. A partir da constante de velocidade da reao, obtenha o tempo de meia-vida.

PARTE 2: DETERMINAO DA ENERGIA DE ATIVAO

Objetivo: Determinar a energia de ativao de uma reao inica de primeira ordem.

Introduo: Para se determinar a energia de ativao e o fator pr-exponencial, ambos fatores determinantes da constante de velocidade de uma reao, k, podemos determinar k numa srie de temperaturas diferentes e lanar os dados num grfico de lnk versus 1/T. O coeficiente angular deste grfico permite a fcil determinao da energia de ativao. A reao a ser estudada :

S2O82 + 2I 2SO42 + I2


Usando-se grande excesso de iodeto, a reao torna-se de pseudo-primeira ordem em relao ao on persulfato. Assim, o tempo necessrio para que uma quantidade determinada (x) de reagente seja consumida dado por:

=

xCC

kt

0

0ln1

Partindo-se sempre da mesma concentrao inicial e consumindo sempre a mesma quantidade de reagente, temos que a constante de velocidade inversamente proporcional ao tempo, ou seja:

tk =

A expresso logartmica da equao da Arrhenius pode, portanto, ser reformulada para ser expressa em funo do tempo:

RTEAt

RTEAk aa +== 'lnlnlnln

Deve-se, porm, sempre ter o cuidado de se usar excesso de on iodeto e de se partir sempre da mesma quantidade de on persulfato. Deve-se, tambm, detectar o consumo da mesma quantidade de reagente. Isto feito atravs de uma segunda reao, muito mais rpida que a primeira, que consome o iodo formado atravs do tiossulfato.

I2 + 2S2O32 2I + 2S4O62 Quando o iodo produzido na primeira reao exceder a quantidade que pode reagir com o tiossulfato, haver iodo livre no sistema, o qual pode ser detectado pelo aparecimento da colorao azul, usando uma soluo de amido.

Material: Banho termosttico Termmetro Cronmetro 6 frascos de reao Soluo de KI 0,5 mol.L-1 Soluo 0,01 mol.L-1 de Na2S2O3 Soluo 0,02 mol.L-1 de Na2S2O8 Soluo de amido Pipetas volumtricas de 10 e 20 mL.

Procedimento: a) Ajuste a temperatura do banho termosttico para o valor mais baixo (20 C). b) Coloque em um dos frascos os seguintes reagentes:

20 mL de soluo 0,5 mol.L-1 de KI 10 mL de soluo 0,01 mol.L-1 de Na2S2O3


5 gotas de soluo de amido (preparada no incio do semestre) c) Em outro frasco, coloque

20 mL de soluo 0,02 mol.L-1 de Na2S2O8 d) Aps atingir o equilbrio trmico, misture o contedo dos dois frascos e cronometre

o tempo decorrido entre o incio da reao e o aparecimento da colorao azul. e) Repita a determinao para outras temperaturas: 30 C, 40 C, 50 C e 60 C.

Clculo: Trace um grfico de lnt versus 1/T e determine a energia de ativao da reao estudada.

ENERGIA DE ATIVAO

Temperatura Tempo

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