Cinética Quimica

OBTENÇÃO DE DADOS CINÉTICOS

Xxxxxxxxxxxxxxx, nome; sobrenome, nome

Universidade de Caxias do Sul, Centro de Ciências Exatas e Tecnologia, Curso de Engenharia Química

RESUMO – O presente trabalho teve por objetivo coletar dados para determinação da velocidade de reação entre verde malaquita e hidróxido de sódio. Com os resultados dos experimentos e através da aplicação de modelos matemáticos adequados, calculou-se a velocidade de reação para o experimento realizado a 18 °C bem como para o experimento realizado a 38°C. Os resultados indicaram maior velocidade de reação à temperatura mais alta, isto é, a 38°C a taxa de conversão de reagentes em produtos foi mais rápida.

PALAVRAS-CHAVE: transmitância, concentração, velocidade de reação, constante de velocidade

1 INTRODUÇÃO

A cinética química, também conhecida como cinética de reação, é uma ciência que estuda a velocidade das reações químicas de processos químicos e os fatores que as influenciam.

Cinética química inclui investigações de como diferentes condições experimentais podem influir a velocidade de uma reação química e informações de rendimento sobre o mecanismo de reação e estados de transição, assim como a construção de modelos matemáticos que possam descrever as características de uma reação química.

A velocidade da reação recebe geralmente o nome de taxa de reação. A taxa de reação está relacionada com as concentrações dos reagentes e seu estado particular (estado físico, estado nascente dos gases, estado cristalino ou amorfo dos sólidos), o fato dos reagentes estarem ou não em solução (neste caso a natureza do solvente irá influir na velocidade da reação), a temperatura, a eletricidade, a luz, a pressão, a presença de catalisadores e dos produtos de reação.

Sua importância é muito ampla, já que se relaciona com temas como, por exemplo, a rapidez com que um medicamento atua no organismo ou com problemas industriais, tais como a descoberta de catalisadores para acelerar a síntese de algum novo produto, a corrosão de metais dentre outros.

Uma equação de taxa, caracteriza a taxa de reação e sua forma pode ser sugerida por considerações teóricas ou simplesmente pelo resultado de um procedimento empírico de ajuste de curva. Em qualquer caso, os valores das constantes da equação somente podem ser encontrados de forma experimental. A determinação da taxa de reação é geralmente feita em duas etapas; primeiro, a dependência para com a concentração é determinada em uma temperatura fixa e então a dependência das constantes de taxa com a temperatura é encontrada. As informações empíricas podem ser obtidas através de reatores descontínuos (batelada) ou reatores contínuos, sendo os dados cinéticos analisados pelo método integral ou pelo método diferencial. (Levenspiel, 1974).

1.1 Objetivo

Determinar a velocidade específica (k) da reação entre o composto verde de malaquita e hidróxido de sódio, estabelecendo a conversão do composto em função do tempo e relacionando a influência da velocidade específica da reação com a temperatura.

2 METODOLOGIA

Primeiramente, foi montado o sistema de reator em batelada em escala laboratorial, adaptando o béquer ao espectrofotômetro.

No experimento foram utilizados dois béqueres, dois agitadores magnéticos com chapas de aquecimento, provetas graduadas, água destilada, hidróxido de sódio, verde de malaquita, um espectrofotômetro, um cronômetro e dois termômetros.

A solução 1 – Verde de Malaquita foi preparada na concentração de 4,45x10-5 mol/L, e denominada como componente A da reação.

A solução 2 – Hidróxido de sódio foi preparada na concentração de 1,5x10-2 mol/L, (CB0), denominada como componente B da reação.

O espectrofotômetro foi calibrado preenchendo o reator com água destilada e acionando a bomba de circulação. Com o espectrofotômetro na posição de leitura de transmitância, comprimento de onda de 620 nm, informou-se que era o ponto inicial.

Foi elaborada uma solução de verde de malaquita na concentração inicial utilizada na reação (CA0), por meio de 150 mL da solução 1 e 150 mL de água destilada, para determinação da transmitância inicial da reação.

Como a informação fornecida pelo espectrofotômetro é a transmitância, torna-se necessário relacioná-la com a concentração de A, através da curva de calibração.

Para confecção da curva de calibração, foram realizadas leituras de diferentes concentrações da solução, diluindo sempre 50% em relação a anterior.

Em seguida, iniciou-se a segunda etapa do procedimento, a reação entre A e B. Para isso, foram colocados 200 mL do reagente A no reator batelada em temperatura de 18ºC com agitação magnética. Após, foi acrescentado 200 mL do reagente B de uma só vez. No momento em que os reagentes entraram em contato o cronômetro foi acionado e a cada 10s foram coletados os valores obtidos de transmitância.

A terceira etapa do procedimento foi executada a partir do aquecimento dos reagentes A e B a 38 ºC antes de serem transferidos para o reator. Após, foi seguido o mesmo procedimento referente à segunda etapa, porém sob temperatura constante de 38 ºC.

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Com base nos dados coletados experimentalmente, apresentados na Tabela 1, foi construído o gráfico da transmitância em função da concentração de CA para determinação da curva de calibração do sistema, utilizada para as demais etapas.

Tabela 1: Dados de concentração e transmitância para curva de calibração

Concentração Reagente A (mol/L) Transmitância

0,00002225 23,5

0,000011125 49,3

5,5625E-06 68,3

2,78125E-06 80,7

1,39063E-06 88,3

6,95313E-07 93,5

A Figura 1 mostra a curva de calibração do espectrofotômetro e o valor de R2, bem como a equação da curva de calibração, apresentada de forma simplificada na Equação 1.Pode-se observar que o valor de R2 está próximo