Relatório Química Geral: Cinética química

Relatório Química Geral: Cinética química

Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Engenharia De Computação PR

RELATÓRIO EXPERIMENTAL DE QUÍMICA PRÁTICA 5

Acadêmicos:

André Lucas Silva

Kleisson Roque Tedesco

Luis Felipe Benedito Vagner Martinello

Professora: Patrícia Apellt

1. INTRODUÇÃO

Assim como na física, cinética representa movimento. Contudo, na química não há movimento, e sim mudança de concentração.

Em nosso dia-a-dia, observamos as reações químicas se desenvolverem com velocidade diferente uma da outra. Isso acontece devido a alguns fatores como a temperatura, superfície de contato e concentração dos reagentes presentes na reação química.

A partir disso, o objetivo do experimento é, através do conceito de cinética química, relacionar o tempo de reação com as condições em que era realizada cada uma delas.

2. DESENVOLVIMENTO TEÓRICO

Economicamente, o estudo da velocidade das reações é de extrema importância, em algumas indústrias, por exemplo, quanto maior a produção melhor, assim manipula-se as reações químicas, fazendo com que essas sejam feitas da melhor forma possível, trazendo benefícios. Em casa, podemos observar a velocidade das reações quando armazenamos os alimentos, alguns alimentos estragam de forma mais rápida que outros.

Para que ocorra uma reação química são necessários alguns princípios básicos como contato e afinidade entre as moléculas, energia de ativação suficiente e que as colisões entre as moléculas sejam frontais.

A velocidade média de uma reação é calculada através da razão entre a variação de concentração e a variação do tempo: [1]

Normalmente, a concentração é indicada em mol/L, e representada por colchetes ([ ]), como na equação 01, e o tempo em minutos ou segundos.

Quando calculamos a variação da concentração dos reagentes, notamos que esta é negativa, pois a concentração final é menor que a inicial. Então, para que a velocidade calculada seja positiva trabalhamos a concentração dos reagentes em módulo, pois não existe velocidade negativa: [2]

Já a velocidade instantânea de uma reação química é calculada através do coeficiente angular da reta tangente à curva concentração.

Pela lei de Guldberg química é diretamente proporcional ao produto das reagentes, para cada temperatura, elevada a expoentes experimentalmente determinados”. [3] Assim, podemos ainda calcular a velocidade de uma reação elementar

Onde, 2 é a constante de velocidade da reação dependente da temperatura em que a reação está submetida, reagentes e 3 e 4 a ordem parcial da reação em relação aos reagentes 45 respectivamente. Somando os expoentes parciais obtemos a ordem global da reação em estudo.

A unidade de velocidade de uma reação pode ser expressa em mol/L mol/L x min ou mol/L x h.

2.1. Fatores que influenciam na velocidade de uma reação 2.1.1. Superfície de

Superfície de contato é a área de um determinado reagente efetivamente exposta aos demais reagentes de uma reação química.

Como as reações químicas dependem do contato entre as substâncias reagentes, quanto maior a superfície de contato, maior s o número de colisões

O aumento da temperatura provoca, nas reações, o aumento da energia cinética das moléculas, moléculas em condições de atingir o estado complexo ativado. aumenta provocando consequentemente o aumento da velocidade da reação. [5]

Podemos representar graficamente a relação entre moléculas e a energia cinética dess

Figura 1.

Pela lei de Guldberg-Waage temos que: “A velocidade de uma reação química é diretamente proporcional ao produto das concentrações molares dos reagentes, para cada temperatura, elevada a expoentes experimentalmente

Assim, podemos ainda calcular a velocidade de uma reação elementar )67 usamos a seguinte equação:

é a constante de velocidade da reação dependente da temperatura em que a reação está submetida, 8 e 5 a concentração dos a ordem parcial da reação em relação aos reagentes Somando os expoentes parciais obtemos a ordem global

A unidade de velocidade de uma reação pode ser expressa em mol/L

Fatores que influenciam na velocidade de uma reação

Superfície de contato

Superfície de contato é a área de um determinado reagente efetivamente exposta aos demais reagentes de uma reação química.

Como as reações químicas dependem do contato entre as substâncias reagentes, quanto maior a superfície de contato, maior s mero de colisões, assim maior será a velocidade da reação.

Temperatura

O aumento da temperatura provoca, nas reações, o aumento da energia cinética das moléculas, fazendo com que aumente o número de moléculas em condições de atingir o estado corresponde complexo ativado. Assim, o número de colisões entre as moléculas aumenta provocando consequentemente o aumento da velocidade da

Podemos representar graficamente a relação entre moléculas e a energia cinética dessas moléculas:

Waage temos que: “A velocidade de uma reação concentrações molares dos reagentes, para cada temperatura, elevada a expoentes experimentalmente

Assim, podemos ainda calcular a velocidade de uma reação elementar é a constante de velocidade da reação dependente da a concentração dos a ordem parcial da reação em relação aos reagentes 38 e a Somando os expoentes parciais obtemos a ordem global

A unidade de velocidade de uma reação pode ser expressa em mol/L x s,

Fatores que influenciam na velocidade de uma reação

Superfície de contato é a área de um determinado reagente efetivamente exposta aos demais reagentes de uma reação química.

Como as reações químicas dependem do contato entre as substâncias reagentes, quanto maior a superfície de contato, maior será assim maior será a velocidade da reação. [4]

O aumento da temperatura provoca, nas reações, o aumento da fazendo com que aumente o número de correspondente ao

Assim, o número de colisões entre as moléculas aumenta provocando consequentemente o aumento da velocidade da

Podemos representar graficamente a relação entre o número de

Figura 2.

Jacobus Van’t Hoff, no final do século XIX, estabeleceu uma regra onde dizia que um aumento de 10 OC de uma reação, faz com que sua velocidade dobre. Porém, na maioria das reações, com o aumento de 10 OC observamos na prática que a velocidade tem um aumento de 1,5 a 2,5 vezes, contrariando a regra de Van’t Hoff. [6]

Em nosso dia-a-dia, quando armazenamos os alimentos na geladeira, estamos retardando a reação química responsável pela decomposição do alimento. Ao conservar os alimentos na geladeira diminui-se a temperatura, assim, diminui também a agitação entre as moléculas constituintes dos alimentos e consequentemente diminui a velocidade com que os alimentos são decompostos.

2.1.3. Catalisadores e inibidores

Catalisadores são substâncias que, sem sofrer transformação em sua estrutura, aumentam a velocidade de uma reação química provocando a formação de um complexo ativado de energia mais baixo. [7]

Figura 3.

Observando o gráfico acima, temos: 1 representando a energia de ativação da reação sem catalisador, 2 a energia de ativação com catalisador e 3 representando a variação de entalpia da reação.

As reações envolvendo catalisadores podem ser divididas em dois tipos: catálise homogênea e heterogênea.

Na catálise homogênea o catalisador e os reagentes estão no mesmo estado físico formando um sistema monofásico. Já na catálise heterogênea o catalisador e os reagentes não estão no mesmo estado físico, assim forma-se um sistema heterogêneo.

Os inibidores, ao contrário dos catalisadores, são consumidos numa reação e tem como objetivo diminuir a velocidade de uma reação química, formando um complexo ativado de maior energia. [8]

Figura 4.

No gráfico acima, temos: 1 representando a energia de ativação sem inibidor, 2 a energia com inibidor e 3 representando a variação da entalpia da reação.

2.1.4. Estado físico dos reagentes

De maneira geral, os gases reagem mais rapidamente que os líquidos, e esses mais rapidamente que os sólidos.

Isso acontece porque nos gases, as moléculas se locomovem com maior facilidade, propiciando maior número de choque entre as moléculas. Já nos sólidos, a superfície de contato, para a ocorrência do choque, é pequena, fazendo a reação se processar de forma mais lenta. [9]

2.1.5. Eletricidade

Existem algumas reações que necessitam receber uma descarga elétrica para serem iniciadas. O complexo ativado é criado a partir da faísca produzida e o calor liberado pela reação é suficiente para o termino da reação. [10]

Muitas reações adquirem energia da luz, principalmente das radiações ultravioleta.

A luz exerce um efeito semelhante ao da eletricidade, fornecendo energia para algumas moléculas comecem apresentar uma energia de ativação igual ou maior à energia de ativação. [1]

A pressão, assim como na física, é a razão entre a força e a área.

Ao aumentar a pressão num recipiente contendo alguns reagentes esses passam a ficar mais concentrados. Assim as moléculas se chocam mais, aumentando o numero de colisões e, portanto, aumentando a velocidade da reação. [12]

2.1.8. Concentração dos reagentes

Uma reação acontece por meio de choques moleculares, assim, quanto maior a concentração dos reagentes, maior será a velocidade da reação. [13]

3. DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL 3.1. Materiais utilizados

4 béqueres de 250 mL; 1 comprimido antiácido efervescente.

3.2. Descrição do experimento

Dividimos o comprimido em 4 partes iguais, sendo que uma delas trituramos até que obtivéssemos um pó. Em cada béquer adicionamos 100 mL de água em diferentes condições de temperatura.

No béquer I, adicionamos água à temperatura ambiente e um dos pedaços do comprimido para reagir com a água anotando o tempo de reação. No béquer I e II, prosseguimos da mesma forma, porém no lugar da água em temperatura ambiente usamos água aquecida e água resfriada, respectivamente.

Já no béquer IV, adicionamos água à temperatura ambiente e o pó obtido através da trituração de um dos pedaços do comprimido anotando também o tempo de reação.

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Com os dados obtidos através do experimento acima descrito, construímos a tabela a seguir:

Béquer Composição Volume de água (mL) Temperatura da água ( C) Tempo de reação (s)

I Água aquecida + ¼

I Água resfriada + ¼

IV Água + ¼ comprimido em pó 100,0 17 8, 70s

Tabela 1: Dados coletados.

Analisando o tempo de reação no béquer I, I e II, notamos que no béquer I a reação é processada de forma mais rápida. Essa rapidez está diretamente ligada à temperatura qual a reação está submetida, já que os pedaços de comprimidos adicionados em cada um dos béqueres são de mesma ordem, comprovando desta forma a teoria de que quanto maior a temperatura de uma reação, maior a velocidade com que ela é desenvolvida.

Agora, analisando o béquer I e IV, observamos que estão em mesmas condições de temperatura, porém o tempo de reação é diferente um do outro. Isso acontece devido à superfície de contato do comprimido introduzido em cada um dos béqueres, comprovando a teoria de que quanto maior a superfície de contato entre os reagentes de uma reação, maior a velocidade da reação.

5. CONCLUSÃO

Observando os resultados obtidos no laboratório, e confrontando com a teoria, notamos que os resultados se aproximam significativamente dos resultados teóricos esperados, comprovando alguns dos fatores que influenciam na velocidade das reações químicas.

Primeiro, analisando os três primeiros béqueres, comprovamos o fator temperatura como sendo um fator relevante quando trabalhamos com a velocidade de uma reação. Pois, quanto maior a temperatura de um meio reacional, maior a energia cinética entre as moléculas, fazendo com que ocorra um número muito grande de colisões entre as moléculas dos reagentes, aumentando a velocidade de reação em questão.

Outro fator comprovado na experiência, é o fator superfície de contato.

Notamos que quanto maior a superfície de contato, mais rápido a reação é concluída. Esse fato é conseqüência do número de moléculas reagindo, pois quando aumentamos a superfície de contato de um reagente, este fica mais exposto aos outros reagentes, assim, ocorrendo um maior número de choques moleculares, aumentando a velocidade da reação.

6. REFERÊNCIAS

[1] Usberco J.; Salvador E.;Química. Editora Saraiva, edição 5, volume único, São Paulo, 2002.

[2] http://soq.com.br/conteudos/em/cineticaquimica/p1.php

[3] Usberco J.; Salvador E.;Química. Editora Saraiva, edição 5, volume único, São Paulo, 2002.

[4] http://educar.sc.usp.br/quimapoio/supvel.html

[5] Editora COC, Físico-química I, pré-vestibular, página 9.

[6] Pereira, Marco Antonio; cinética química. Escola de engenharia de Lorena - USP, São Paulo, 2008.

[9] Editora COC, Físico-química I, pré-vestibular, página 9.

[10] Editora COC, Físico-química I, pré-vestibular, página 10.

[1] Editora COC, Físico-química I, pré-vestibular, página 10.

[12] http://soq.com.br/conteudos/em/cineticaquimica/p5.php

[13] Usberco J.; Salvador E.;Química. Editora Saraiva, edição 5, volume único, São Paulo, 2002.

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