Apostila de Físico-Química Expeimental II - aula 04

Apostila de Físico-Química Expeimental II - aula 04

AULA NO 04: EFEITO DOS CATALISADORES SOBRE A VELOCIDADE

Determinar experimentalmente a influência do catalisador na velocidade de reação entre permanganato de potássio e ácido oxálico.

Equipamentos: 01 Proveta de 100,0 mL; 15 Tubos de ensaio; 01 Conta-gotas; 01 Cronômetro.

Reagentes: Solução aquosa de ácido sulfúrico (H 2

Solução aquosa de permanganato de potássio (KMnO 4 )

Solução aquosa de ácido oxálico (H 2 C2 O4 ) 0,05 mol.L

Solução aquosa de sulfato de manganês (MnSO 4 ) 0,2

As velocidades das reações químicas são muitas vezes aumentadas pela presença de substâncias que não são consumidas no decorrer da reação e, na maioria das vezes, nem aparecem na expressão da constante de equilíbrio. Tais substâncias, designadas por catalisadores, têm grande importância industrial, não somente pelo aumento que causam nas velocidades de reação, mas também pelas baixas concentrações em que podem ser utilizados.

A maioria dos catalisadores não apresenta uma eficiência tão grande quanto os catalisadores enzimáticos, mas todos eles atuam na abertura de novos caminhos de reação, para os quais a energia de ativação é menor do que energia de ativação da reação inicial. Um abaixamen- to da energia de ativação de um valor tão pequeno como 10 kJ.mol suficiente para, à temperatura ambiente, aumentar a velocidade de reação por um fator de até 60 vezes. Ao abaixar a energia de ativação, o catalisador acelera também a reação no sentido inverso, não alterando, contudo, o valor da constante de equilíbrio, mas diminuindo o tempo necessário para que o equilíbrio seja atingido. Um catalisador não altera a variação de entalpia de uma reação, pois não pode transformar uma reação termodinamicamente impossível em uma reação possível. Porém ao permitir que uma reação tenha uma maior velocidade a temperaturas mais baixas do que a reação não catalisada, um catalisador pode aumentar o rendimento dos produtos para uma reação reversível, cujo estado de equilíbrio é desfavorecido a uma temperatura elevada.

São conhecidas duas classes de catalisadores, catalisadores homogêneos e catalisadores heterogêneos.

A catálise homogênea é um tipo de catálise onde reagentes produtos e catalisadores encontram-se na mesma fase e, portanto, o catalisador atua como qualquer reagente na lei de velocidade de reação, só diferindo dos reagentes por ser regenerado no curso da reação. Um dos exemplos de catálise homogênea é a decomposição do ácido fórmico.

O ácido fórmico decompõe-se muito lentamente à temperatura ambiente segundo a reação:

No entanto, se um ácido forte for adicionado, o monóxido de carbono é liberado mais rapidamente. O mecanismo proposto para a catálise envolve a adição de H + ao ácido fórmico com regeneração do H+ no último pas- so da reação.

tendo como lei cinética:

Pode-se ver que a velocidade da reação depende da concentração do catalisador, porém, a ação mais relevante do catalisador é a de aumentar fortemente a constante específica de velocidade (k’>>k) através da diminuição da energia de ativação, conforme mostra a figura 1.

Figura 1. Diagrama de energia para a reação de decomposição do ácido fórmico, catalisada por ácido e não-catalisada a) Preparem as soluções necessárias para a realização do experimento; b) Transfira para uma proveta 50 gotas da solução de permanganato de potássio e dilua para 25,0 mL com água deionizada, obtendo a solução A;

c) Transfira 2 gotas da solução de H 2 C2 O4 e 2 gotas da solução de H2 SO para um tubo de ensaio. Depois transfira 1 gota da solução A para o mesmo tubo de ensaio e registre o tempo necessário para que a cor da solução desapareça. Adicione outra gota da solução A e anote novamente o tempo necessário para que a solução fique incolor. d) Repita a experiência e adicionando gota a gota a solução A e anote sempre o tempo que cada gota leve até perder a cor, até um total de 12 gotas.

e) Transfira 2 gotas da solução de H 2 C2 O4 e 2 gotas da solução de H2 S O4 ,

1 gota da solução de MnSO 4 e 1 gota da solução A para um tubo de en- saio e registre o tempo necessário para que a cor da solução desapareça. Após o final do relatório, preencha a tabela I:

Tabela I. Tempos de reação para a reação química entre o permanganato de potássio e o ácido oxálico

Gotas de

Gotas de

Gotas de

MnSO 4

Total de gotas de KMnO4 t (s) t

A reação, ocorrida no experimento acima pode ser representada pela seguinte equação:

rápidaCOHHCO rápidaOHHCOHCOOH lentaOHHCOOHOHHCOOH

OHMnCOHOCHMnO 2

O íon MnO 4

− é colorido, mas o íon Mn

2+ , em solução aquosa é incolor, dessa forma, o desaparecimento da cor da solução corresponde ao consumo do reagente MnO 4

− . Nesse experimento o catalisador será devido ao íon Mn 2+

, pois o outro íon, o SO 4

, já estava presente em con- centração mais elevada na solução, onde a velocidade de reação era baixa.

01) Complete os dados da tabela I 02) Qual a conclusão geral que se pode tirar dessa aula? 03) Teria como determinar a velocidade de reação para esse experimento? Como seria o procedimento? Explique e comente suas observações. 04) Explique porque esse é um tipo de reação chamada de autocatalisada? 05) Seria possível continuar o experimento, aumentando o número de gotas de MnSO 4 ? Por quê?

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