Relatório quimica cinética

Relatório quimica cinética

(Parte 1 de 3)

ENGENHARIA QUÍMICA – TN 02

Cinética Química

Érica Bloizi Chenaud

Liliam Cruz da Silva

Maria Clara Novais

Salvador 2009

UNIVERSIDADE SALVADOR – UNIFACS

ENGENHARIA QUÍMICA – TN 02

Cinética Química

Érica Chenaud

Liliam Cruz da Silva

Maria Clara Novais Carneiro

Trabalho apresentado para avaliação na disciplina de Química Geral II, do curso de Engenharia Química, turno matutino, da Universidade Salvador, ministrado pela professora Leila Maria Aguilera.

Salvador 2009

SUMÁRIO

1. Objetivos do Experimento ................................................................................4

2. Introdução Teórica ..........................................................................5 a 8

3. Parte Experimental ................................................................................9

3.1. Material Utilizado ................................................................................9

3.2. Procedimentos ........................................................................9 a 10

4. Discussões/Resultados ..............................................................................11

5. Questionário ..............................................................................12

6. Toxidade das Substâncias ......................................................................13 a 15

7. Conclusões, Comentários e

Sugestões ..............................................................................16

8. Referências ..............................................................................17

1. Objetivos do Experimento

Verificar a influência da concentração dos reagentes, da temperatura de reação, do estado de agregação dos reagentes e da presença de um catalisador sobre a velocidade da reação.

2. Introdução Teórica

A cinética está relacionada a “movimento”, quando pensamos nela da forma que a física nos ensinou a pensar. Entretanto, nas reações químicas, não há movimento, mas sim mudanças de concentração, e esta é a base de nossos estudos.

O termo “cinética química” é utilizado para descrever o estudo quantitativo das variações de concentração com o tempo quando ocorre uma reação química.

O objetivo principal da cinética é o estudo da velocidade das reações químicas, e para isso é preciso o conhecimento de: o desenvolvimento de métodos experimentais que permitam medir as velocidades das reações, desde as mais lentas até as mais explosivas; o estudo dos fatores que influenciam nas velocidades das reações; e o estudo do “caminho” percorrido pelas reações.

Uma reação química ocorre quando três fatores envolvidos no mundo micromolecular acontecem. Eles são:

1 - O choque de uma espécie química com outras ou com as paredes do recipiente na qual a mesma estiver.

2 - A geração de alguma maneira de algum tipo de energia que permita que a espécie química reagente atinja um patamar mínimo de energia para que a reação possa ocorrer (Energia de Ativação).

3 - A posição do choque. (fator muito importante nas reações orgânicas onde estiverem envolvidas substâncias com grandes cadeias).

Podemos, portanto, concluir que reações com energia de ativação muito pequena são muito rápidas. Na prática estas reações são instantâneas. Reações com energia de ativação média corresponderão a velocidades altas, ou não, conforme a importância do fator geométrico. E reações com Energia de Ativação da ordem de 100 Kcal serão tão lentas na temperatura ambiente que na vida prática até podemos dizer que “a reação não é perceptível”.

O estudo cinético em sua quase totalidade depende de valores experimentais da reação que está sendo estudada. A velocidade de uma reação é definida como sendo a variação da concentração de um reagente por unidade de tempo. Essas concentrações são normalmente expressas em mol por litro (mol/L), e o tempo em minutos (min) ou segundos (s).

Representando-se por CA a concentração do regente A e representando-se por t o tempo, a velocidade de reação será então definida como sendo:

Velocidade média de consumo de A = - K ∆[CA ] / ∆t

Em uma reação aA + bB  cC + dD,calculamos a velocidade média como:

vmédia da reação = K

[A]———a·t

=

[B]———b·t

=

[C]———c·t

=

[D]———d·t

Sendo K a constante de velocidade da reação, e o sinal negativo indica que a concentração do reagente diminui em função do tempo.

O termo “ordem” vem da matemática onde é utilizado na classificação das equações diferenciais. As leis de velocidade são equações diferenciais. Em cinética química, tais equações são classificadas de acordo com a ordem da reação. A ordem de uma reação é definida como sendo a soma das potências dos termos de concentração que aparecem na equação de velocidade da reação química. É normalmente, um número inteiro pequeno, podendo em casos especiais, ser zero ou fracionário. É importante ressaltar, que a ordem de reação é uma grandeza que normalmente é obtida a partir de dados experimentais, em grande parte das vezes sem o conhecimento real do mecanismo da reação.

Molecularidade de uma reação é definido como sendo o número de espécies químicas reagentes que participam da etapa determinante da reação. A molecularidade é sempre um número inteiro, pequeno e diferente de zero. Reações “unimolecular” ou “bimolecular” designam reações cuja molecularidade é, respectivamente, um e dois.

Quando uma reação química possui uma baixa velocidade e se deseja de alguma forma acelerar esta velocidade, existem várias maneiras pelas quais esta ativação pode ser feita. As formas mais comuns de ativação de uma reação química são através da variação da temperatura ou a introdução de um catalisador no meio reacional. A velocidade da reação depende também da pressão, da área das superfícies em contato com os reagentes, da concentração dos reagentes, e dos choques entre as moléculas que reagem.

Pela teoria da colisão, para haver reação é necessário que as moléculas dos reagentes colidam entre si; a colisão ocorra com geometria favorável à formação do complexo ativado; a energia das moléculas que colidem entre si seja igual ou superior à energia de ativação.

Colisão efetiva ou eficaz é aquela que resulta em reação, isto é, que está de acordo com as duas últimas condições da teoria da colisão. O número de colisões efetivas ou eficazes é muito pequeno comparado ao número total de colisões que ocorrem entre as moléculas dos reagentes.

O aumento da temperatura do meio reacional faz com que a energia cinética das espécies químicas reagentes se eleve, o que normalmente acelera a quebra de ligações e a formação de novas moléculas. Uma elevação da temperatura aumenta a velocidade de uma reação porque aumenta o número de moléculas dos reagentes com energia superior à de ativação. Uma lei muito antiga, dos primórdios do estudo da Cinética é a Lei de Van´t Hoff: “Um aumento de 10ºC na temperatura de uma reação dobra a sua velocidade”. O mais importante é o conceito que esta lei embute, o conceito de que um aumento de temperatura provoca um aumento significativo de velocidade da reação.

Catalisadores são substâncias que permitem acelerar uma reação sem serem consumidas. O catalisador não modifica o equilíbrio da reação, mas permite atingi-lo mais rapidamente, pois ele modifica o mecanismo da reação, executando-a em uma seqüência de etapas cujas energias de ativação são todas bem inferiores à da reação não catalisada. Normalmente, apenas uma quantidade muita pequena de catalisador é usado e pode transformar uma quantidade ilimitada de reagentes.

Relacionados aos catalisadores, existem alguns termos comumente utilizados no estudo da cinética. Eles são: Inibidor químico, que é uma substância que reduz parcialmente a atividade do catalisador; Veneno, que é a substância que reduz totalmente a atividade do catalisador; Reação Auto-Catalítica que, por sua vez, é a reação catalisada ou não na qual um dos produtos formados atua favoravelmente sobre a velocidade da reação.

Além da ativação térmica ou catalítica as reações químicas podem ser ativadas de outras maneiras. Dentre as quais iremos citar a seguir. A Ativação Luminosa consiste na ativação de certos sistemas pela luz com um comprimento de onda adequado, a qual transfere ao sistema energia luminosa, que ativará um determinado reagente ou um determinado tipo de ligação na molécula. Como exemplo, tem-se a fotossíntese das plantas.

A Ativação Elétrica pode ser feita por dois processos: descarga e eletrólise. A descarga pode ser arco, faísca, descarga condensada etc. A eletrólise consiste na aplicação de uma corrente elétrica que provoca reações ao atravessar líquidos ionizados, soluções de eletrólitos ou de sais fundidos.

A Ativação Radioquímica consiste na emissão de raios por substâncias radioativas naturais (alfa, beta e gama) ou raios artificiais (raios X, elétrons acelerados, nêutrons) que são capazes, devido à sua alta energia, de provocar reações nos sistemas mais inertes.

3. Parte Experimental

3.1. Material Utilizado

  • Água destilada;

  • Ácido Sulfúrico;

  • Tiossulfato de sódio;

  • Permanganato de potássio;

  • Ácido oxálico;

  • Sulfato de manganês;

  • Zinco sólido;

  • Ácido Clorídrico;

  • Termômetro;

  • Bastão de vidro;

  • Tela de amianto;

  • Bico de Bunsen;

  • Cronômetro;

  • Tubos de ensaio;

  • Béqueres.

3.2 Procedimentos

Influência da concentração na velocidade das reações

A lei da velocidade ou lei cinética para uma reação genérica, a velocidade de reação é proporcional às

concentrações molares dos reagentes, elevadas a expoentes que são determinados experimentalmente:

a A + b B + c C + ... → x X + y Y + z Z + ...

V= K [A]α [B]β[C]γ ...

Onde,

V= velocidade de reação;

K= constante de velocidade da reação

[ ]= molaridade= número de moles de soluto por litro de solução

α, β , γ, ...= expoentes que são determinados experimentalmente.

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