Relatório 8 - Cinética Química

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SO FRANCISCO

CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA

DISCIPLINA: QUMICA GERAL PRTICA

PROFESSORA: FERNANDA ANJOS

RELATRIO DE EXPERIMENTO 8

CINTICA QUMICA

Alunos: Carlos Tafarel Davi Ricarto

Jessica Almeida Peixinho

Wesley Souza

Turma: CB

Data: 11/09/2013

Juazeiro-Bahia


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1. I ntr oduo Terica

A cintica qumica a cincia que estuda a velocidade das reaes qumicas e os

fatores que influncia as condies do aumento da velocidade e os mecanismos

envolvidos nas reaes qumicas. A velocidade de uma reao a rapidez com que os

reagentes so consumidos ou rapidez com que os produtos so formados. A taxa de

reao para uma determinada alterao qumica definida como sendo a velocidade em

que seus reagentes desaparecem e se formam em produtos[1].

Um dos modelos que explicam sobre a velocidade de reao (taxa de reao) o

chamado de modelo de coliso que baseado na teoria cintico molecular explica os

mais variados efeitos em nvel de molcula. Logo para que ocorra uma reao, segundo

este modelo, as molculas precisam se chocar quanto mais choques efetivos maiores

ser a velocidade desta reao, entretanto para que uma reao ocorra necessrio mais

que uma coliso, pois segundo Arrhenius as molculas devem possuir certa quantidade

mnima de energia para reagir [2]. A energia mnima necessria para iniciar uma reao

chamada de energia de ativao. Nem todas as colises so energticas suficientes

para resultar em produtos. As partculas que colidem devem mover, na coliso, um

valor mnimo de energia cintica molecular combinada, chamada como definida

anteriormente de energia de ativao. Numa coliso efetiva, a energia de ativao se

transforma em energia potencial medida que as partculas se chocam uma com as

outras e as ligaes dos produtos reorganizam-se.

Qualquer fator que contribua para o aumento das frequncias de colises pode

aumentar a velocidade das reaes, logo alguns dos fatores que interferem na

velocidade das reaes qumicas so:

Concentrao dos r eagentes grande parte das reaes qumicas ocorre de

forma mais rpida se a concentrao de um ou mais reagentes for aumentada.

Aumentando a concentrao, aumentamos a frequncia com a qual as molculas se

chocam levando assim a um aumento das velocidades [2];

Temperaturaas velocidades das reaes aumentam de acordo com o aumento

da temperatura, com isso aumenta as energias cinticas das molculas. medida que as

molculas se movem mais rapidamente elas se chocam com maior frequncia e tambm

maior energia, permitindo assim o aumento da velocidade [2];

Superfcie de contatoa velocidade da reao qumica pode ser afetada pela

rea de contato, quanto maior a superfcie de contato entre um reagente e outro maior


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ser sua velocidade de reao, pois existir um maior nmero de molculas reagindo e

um maior nmero de colises ocorrendo de forma eficaz [3];

Catalisadorso agentes que permitem o aumento das velocidades das reaes

sem participarem do processo de reao, podem ser entendido como intermediador do

processo aumentando assim a velocidade da reao. Eles interferem nos tipos de

colises que levam a reao [2].

Presena de luz- determinadas reaes qumicas ocorrem em maior velocidade

quando esto na presena de luz. A luz interfere na velocidade das reaes por ser uma

energia encontrada na forma de onda eletromagntica que auxilia na quebra da barreira

da energia de ativao [4].

A definio de velocidade mdia de um produto ou de consumo de um reagente

pode ser obtida atravs da expresso abaixo:

Onde a variao de um reagente ou produto e intervalo de tempo no qual

aconteceu a variao.

A relao quantitativa entre a velocidade e a concentrao expressa por uma lei

de velocidade que geralmente possui a seguinte forma:

Onde V a taxa ou velocidade de reao, K a constante de velocidade [A] e [B]

concentrao molar dos reagentes A e B e os expoentes a e b os coeficientes dos

respectivos reagentes [2].


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2. Objetivos

Estudar a variao da velocidade em funo de diferentes parmetros reacionais.

3. Procedimento Exper imental

Estudando a influencia da temperatura em uma reao colocou-se 100 mL de

gua de torneira em um bquer, 100 mL de gua gelada em outro e 100 mL de gua a

40 C em um terceiro bquer. Cortou-se um comprimido efervescente em 3 partes iguais

e colocou-se uma parte em cada um dos bqueres, anotando para cada bquer o tempo

que levou para que o comprimido reagisse totalmente. Efeito da superfcie de contato

colocou-se 100 mL de gua de torneira em dois bqueres. Cortou-se em duas partes

iguais o comprimido efervescente, a primeira parte deixou-se sem fragmentar e a

segunda parte com a ajuda de um almofariz com pistilo foi triturada em finas partculas.

Colocou-se as duas partes, uma em cada bquer e anotou-se o tempo em que estas partes

levaram para se dissolver. Efeito da concentraocolocou-se em tubos enumerados de

1 a 8 quantidades de soluo de Na2S2O3e gua conforme o quadro:

Tubos n Soluo Na2S2O30,25 mol.L-1(mL)

guadestilada(mL)

HNO36 mol.L-

(mL)

1 8 0 2

2 7 1 23 6 2 24 5 3 25 4 4 26 3 5 27 2 6 28 1 7 2

Adicionando-se as 2 mL de HNO3 6 mol.L-1 em um tubo de cada vez para

depois marcar o tempo que era necessrio pra o desaparecimento da marca vista atravsdo tubo de ensaio que encontrava-se em cima de um papel com um marca. Ao de

catalisadorescolocou-se em vidros relgios diferentes, rodelas finas de banana crua,

rodelas de bananas deixadas na gua em ebulio por 5 minutos e colocou-se em outros

vidros relgios uma pequena poro de MnO2(s), SiO2(s)e PbO. Adicionaram-se gotas de

H2O2sobre estes materiais, uma de cada vez. A gua oxigenada se decompe a gua

lquida e gs oxignio.


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4. Resultados e Discusses

Na primeira parte do experimento, aps termos colocado gua em trs diferentes

temperaturas e em trs diferentes bqueres e adicionado o comprimido efervescente,

pudemos chegar aos seguintes resultados como podemos observar na tabela 1:

Tabela 1: Influncia da temperatura na velocidade da reao.

Bqueres contendogua

TemperaturaTempo de

reaoBquer 1 Temp. ambiente 1 min. 27 seg.Bquer 2 gua gelada 2 min. 31 seg.Bquer 3 40 C 53 seg.

A partir dos dados obtidos podemos perceber como a temperatura afetadiretamente a velocidade das reaes, a uma temperatura mais baixa o processo de

dissoluo do comprimido efervescente mais lento isso se d porque existe uma

diminuio das energias cinticas das molculas envolvidas no processo, j com o

aumento da temperatura faz aumentar as energias cinticas e medida que as molculas

se movem mais rapidamente ocorre alm de um aumento no nmero de colises efetivas

o aumento da energia levando assim a um aumento na velocidade da reao. A partir

disso podemos perceber que a velocidade da reao diretamente proporcional temperatura, aumentando a temperatura estamos aumentando a velocidade de reao.

Na segunda parte do experimento foi observado a influncia da superfcie de

contato na velocidade das reaes qumicas, com 2 bqueres contendo gua de torneira

foi adicionado ao primeiro comprimido de efervescente sem fragmentar e no segundo

a outra metade do comprimido efervescente s que desta vez triturado em finas

partculas, os resultados obtidos a partir desta observao foram os seguintes como

demonstrados na tabela 2:

Tabela 2: Influncia da rea de contato na velocidade da reao

Efervescente Tempo de reao

Sem fragmentar 1 min. 31 seg.

Fragmentado 22 seg.

O que pudemos perceber foi que o tempo de reao diminuiu quando o

comprimido foi acrescentado de forma fragmentada, isso se deve porque aumentamos a


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rea de contato do comprimido que reage com a gua, logo permitimos o aumento na

velocidade da reao.

Na terceira parte do experimento analisamos o efeito da concentrao na

velocidade das reaes qumicas, em tubos de ensaio enumerados de 1 a 8 colocamos as

quantidades de solues conforme a tabela 3:

Tabela 3: Influncia da concentrao na velocidade da reao

Tubos n

Soluo

Na2S2O30,25

mol.L-1 (mL)

gua

destilada

(mL)

HNO3

6 mol.L-1

Tempo

medido

(segundos)

[ ] do Na2S2O3

nos diversos

tubos

1 8 0 2 12 0,2 mol.L-

2 7 1 2 12 0,175 mol.L-

3 6 2 2 14 0,15 mol.L-

4 5 3 2 15 0,125 mol.L-1

5 4 4 2 20 0,1 mol.L-1

6 3 5 2 31 0,075 mol.L-

7 2 6 2 48 0,05 mol.L-

8 1 7 2 110 0,025 mol.L-

Nesta reao o precipitado amarelo formado enxofre em sua forma elementar,

ele o responsvel por deixar a soluo com esta cor translucida que impossibilitou a

visualizao da listra desenhada no papel para fins de observao.

Para calcular a concentrao final de Na2S2O3fazemos da seguinte forma:

Tubo de ensaio 1:

Vsol= 10 mL (0,01 L)

C1x V1= C2x V2

CNa2S2O3x VNa2S2O3= C2x Vsol

0,25 mol/L x 0,008 L = C2x 0,01 L

Onde

Vsol= 8 mL Na2S2O3+ 2 mL HNO3 (volume total da nova soluo)

C1 = concentrao inicial de Na2S2O3V1 = volume inicial de Na2S2O3


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C2 = o valor da nova concentrao de Na2S2O3, a qual est sendo procurado.

Para os demais tubos de ensaio (2 a 8) foram utilizados esses mesmos clculos

(mtodo) para se chegarem s concentraes finais de Na2S2O3.

Como pudemos observar o processo de descoramento acontece em intervalos de

tempo crescente medida que a concentrao de Na2S2O3 diminuda. O descoramento

observado de forma mais rpida indica que a reao ocorre de forma mais rpida, logo a

concentrao de Na2S2O3 maior. Quando a concentrao diminuda existir uma

menor quantidade de molculas presentes no sistema, o que acarretar numa diminuio

das suas colises em um mesmo intervalo de tempo e, consequentemente, menores

chances de ocorrerem choques efetivos entre as molculas. Com isso podemos perceber

que essa reao trata-se de uma reao de primeira ordem, pois a velocidade com que se

deu a reao foi diretamente proporcional a concentrao do Na2S2O3. O grfico a

seguir mostra a relao entre a concentrao e a velocidade da reao qumica, neste

caso o eixo das abcissas representa o tempo transcorrido em segundos e o eixo das

ordenadas representa a concentrao do Na2S2O3 em mol.L-1:

Grfico 1: Concentrao x tempo de descoramento da reao

Logo com a diminuio da concentrao aumentamos o tempo da reao de

formao de enxofre em sua forma elementar. A equao geral para equaes de

primeira ordem dada por:

ln [A]f= -kt + ln[A]0

Na terceira e ltima parte deste experimento analisamos a ao dos catalisadores

na velocidade das reaes qumicas, em vidros relgios diferentes colocamos rodelasfinas de banana crua, rodelas finas de banana deixadas na gua em ebulio por 5

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 20 40 60 80 100 120

Concentrao

tempo


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minutos e em outros vidros relgios colocamos uma pequena quantidade de MnO 2(s),

SiO2(s)e PbO(s). Em cada vidro relgio contendo os materiais acima adicionamos gotas

de H2O2(gua oxigenada vol. 10). No primeiro vidro relgio contendo a banana crua,

quando adicionamos a gua oxigenada pudemos observar que H2O2 na banana crua

espumou (liberao de gs oxignio). O que fez a gua oxigenada espumar foi

presena de uma protena encontrada chamada catalase. Essa protena uma enzima que

acelera a reao qumica de decomposio da gua oxigenada, j quando adicionado

gua oxigenada na banana que foi colocada em gua em ebulio por 5 minutos quase

no ouve decomposio da gua oxigenada isso se deve porque praticamente a H2O2

no se decompe em alimentos cozidos. Isso acorre devido catalase se transformar em

outra substncia quando aquecida. Esta nova substncia formada no catalisadora da

gua oxigenada, logo, no promove a sua decomposio que representa pela equao

abaixo:

H2O2 H2O + O2.

Quando adicionou-se gua oxigenada ao SiO2(s) foi possvel concluir que no

ouve nenhum de tipo de reao de decomposio da gua oxigenada, pois no ouve a

liberao de gs oxignio e nem a formao de gua.

No vidro relgio contendo PbO quando adicionado gua oxigenada observou-se

o desprendimento de gs de maneira muito rpida, isso mostrou que ocorreu a

decomposio da gua oxigenada evidenciada pela liberao do gs O2.

No ltimo vidro relgio contendo o MnO2quando adicionado a gua oxigenada

observou-se a liberao de gs oxignio e a formao de gua, reao de decomposio,

logo o MnO2funcionou como um catalizador que acelera o processo de decomposio

da gua oxigenada.

Nesta terceira e ltima parte do experimento a enzima cataliseencontrada na

banana, MnO2e o PbO foram usados como decompositores da gua oxigenado, eles so

catalizadores que aceleraram o processo de decomposio da H2O2.

5. Concluses

As velocidades envolvidas nas reaes qumicas se do a partir da influncia de

inmeros fatores que contribuem para um aumento significativo das velocidades, a

reao do efervescente em gua a temperatura ambiente, 40C e em gua gelada se

processaram de diferentes formas como observado, quanto maior o aumento datemperatura da gua maior ser a velocidade de reao do efervescente. Esse aumento


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de temperatura possibilita agitao das molculas e um aumento dos choques efetivos, o

que acarreta neste aumento de velocidade. Observado tambm que quando aumentamos

a superfcie de contato do efervescente em gua a temperatura ambiente, estamos

aumentando a taxa de velocidade de reao, logo o comprimido efervescente triturado

se decomps mais rapidamente que o que no foi triturado. O aumento da concentrao

outro fator que aumenta a velocidade de reao, a reao de formao de enxofre na

sua forma elementar se deu de maneira mais rpida quando aumentamos a concentrao

do Na2S2O3 e HNO3, ento quando maior for concentrao maior ser a velocidade de

formao do precipitado. Os catalizadores como visto na decomposio da gua

oxigenada atuam de forma a minimizar a energia de ativao necessria para que ocorra

a reao, sendo isto que acontece quando adicionamos gua oxigenada a um pedao de

banana, o processo de decomposio acelerado devido a presena da enzima catalase

encontrada em alguns alimentos. O aquecimento desta enzima a transforma em outra

substncia como observamos quando adicionamos a gua oxigenada a banana cozida

que no acelerou o processo de decomposio.

6. Referncias

[1] - USBERCO, J., Salvador, E.; (2002). Qumica - volume nico. 5 edio. Saraiva,

So Paulo Parte 1: Qumica Geral, Unidade 12: Cintica Qumica, 382.

[2] - T. L. Brown, H. E. LeMayer, Jr., B. E. Bursten, J. A. Burdge, Qumica, a

cincia central, Traduo da 9 Edio americana, Captulo 14: Cintica

Qumica, pag. 482-500. Printice Hall, 2005.

[3]QUMICA, S; Fatores que alteram a velocidade das reaes qumicas.Disponvel

em: acesso em

05/09/2013 s 16:40.

7. Questes

1.

Temperatura-Com o aumento da temperatura estamos aumentando o grau de

agitao das molculas, aumentando assim os choques efetivos entre as molculas que
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esto reagindo. Ento uma das possveis causas este aumento de coques eficazes,

assim como fizemos quando aumentamos a temperatura da gua para dissolvermos

mais rapidamente o efervescente.

Superfcie de contato - Quando trituramos o efervescente aumentamos a

superfcie de contato, consequentemente aumentamos a velocidade de reao e

diminumos o tempo necessrio para que a reao se processe totalmente. J com o

comprimido no triturado a reao se processou normalmente, porm com um tempo

maior de dissoluo.

Catalisadores Diminui a energia de ativao provocando o aumento na

velocidade da reao foi o que aconteceu quando a substncia que atuou como

catalizador na banana crua, diminuindo a energia de ativao necessria e provocando

o aumento de velocidade em que a reao se processou (decomposio da gua

oxigenada em gua e gs oxignio). O mesmo aconteceu para o PbO e o MnO2.

2.

Na2S2O3(aq)+ 2 HNO3 S(s)+ SO2(g)+ H2O(l)+ 2 NaNO3(aq)

3.

V = k[Na2S2O3][HNO3]

4. PbO, a catalise, enzima presente na banana crua e o MnO2.

5.

A linha mais acima representa um reao sem a presena de catalisador e a linha

debaixo representa a velocidade de uma reao sendo aumentada pela presena do

catalizador.

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