A Determinação da Ordem da Reação Entre o Violeta de Metila e o Grupo Hidroxila

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO TRIÂNGULO MINEIRO Instituto de Ciências Exatas, Naturais e Educação - ICENE Prof. Daniel A. Cerqueira DISCIPLINA: Físico-Química Experimental

Alunos: Isabela de Oliveira Alves, Maria Clara Gomes Viégas Campos, Maria Isabella, Francisco

RELATÓRIO PRÁTICA: Determinação da ordem da reação entre o Violeta de metila e o grupo hidroxila

• INTRODUÇÃO

A cinética química é o estudo do comportamento temporal das reações químicas ou seja o estudo da velocidade (taxas) na qual as reações químicas ocorrem. Para que ocorra uma reação química primeiro, deve haver uma afinidade química entre os reagentes para permitir que a reação ocorra. Além disso, esses reagentes devem estar em contato, garantindo a colisão entre as moléculas e resultando na quebra das ligações e formação de novas ligações.

A lei da velocidade de uma reação é dada pela expressão matemática a seguir, que relaciona as concentrações dos reagentes com a velocidade da reação: 

v = k [A]α. [B]β.

 Assim, em uma reação existem quatro fatores importantes que afetam a velocidade da reação, que são: a superficie de contato dos reagentes (estado físico), suas concentrações, a temperatura em que a reação ocorre e a presença de um catalisador. Esses fatores impactam diretamente no cálculo da velocidade da reação, em que se tem duas maneiras:

Velocidade da reação A → B\

• a velocidade na qual o produto é formado (a variação na concentração de B por unidade de tempo);
• velocidade na qual o reagente é consumido (a variação na concentração de A por unidade de tempo);

A velocidade pode mudar com o tempo, por isso, definimos a velocidade média da reação como a variação da concentração molar de um reagente ou produto durante um certo intervalo de tempo.

A expressão da velocidade média (Vm) é dada por:

Como os reagentes são consumidos, ao calcular Δ [reagentes] obtemos um valor negativo, já que a concentração final é menor do que a inicial. Por isso, colocaremos um sinal negativo na equação acima para garantirmos que a velocidade média da reação seja positiva.

Portanto, as expressões da velocidade média para reagentes e para produtos são dadas por:[pic 2][pic 3]

Ou[pic 4]

Assim, para saber se uma reação é de ordem zero em relação a um reagente deve-se observar se a variação da concentração daquele reagente não produzir nenhum efeito. Sendo, uma reação é de primeira ordem se, ao dobrarmos a concentração, a velocidade dobrar. E se uma reação é de ordem n se, ao dobrarmos a concentração, a velocidade aumentar de 2n.

Reações de primeira ordem:  Utilizando o processo de integração, pode-se converter a lei de velocidade em uma equação conveniente para fornecer as concentrações como uma função do tempo. Para uma reação de primeira ordem, a velocidade duplica à medida que a concentração de um reagente dobra.

• Uma representação gráfica de ln[A]t versus t é uma linha reta com inclinação -k e intercepta em ln[A]0. [pic 5]

Reações de segunda ordem:

Para uma reação de segunda ordem com apenas um reagente, tem-se:[pic 6]

• Um gráfico de 1/[A]t versus t é uma linha reta com inclinação k e intercepta 1/[A]0

• Para uma reação de segunda ordem, um gráfico de ln[A]t versus t não é linear.

Desta forma, este trabalho tem como objetivo analisar e determinar a ordem da reação dos experimentos realizados em sala de aula, assim como sua constante de velocidade. Apresentando, então, os resultados obtidos experimentalmente com seus gráficos e discussão sobre os mesmos.

• METODOLOGIA

Para a determinação da velecidade de reação entre o Violeta de metila e NaOH foi utilizado o método de espectofotometria para comparar a absorbância da solução em intervalos de tempo de um minuto. A espectofotometria é uma técnica analítica quantitativa baseada na absorção de luz nas regiões do ultravioleta e visível. Para a comparação das medidas de absorbância, os espectros de absorbância da solução de 100 ml de Violeta de metila 0,003 g/L deveria ser medido antes da reação com hidroxila. Como na data do experimento o espectofotômetro da Universidade estava em manutenção, foi adotada a medida de absorbância máxima determinada no experimento do semestre anterior, obtida em 577 nm.

Posteriormente, uma solução de Violeta de metila com o dobro da concentração foi preparada em 50 ml para reagir com 50 ml de NaOH 0,008 M (atingindo o volume de 100 ml e concentrações iguais de Violeta de metila). Ambas as soluções foram adicionadas rapidamente ao béquer de 250 ml para que ocorra a reação. O período de tempo para a mistura das solução e transferência de alíquota à cubeta foi de um minuto. Posteriormente, a absorbância da solução em 577 nm foi medida por 25 minutos em intervalos de um minuto. A cada medida a solução era retirada das luzes do aparelho para minimizar a degradação do corante.

Após a medida da primeira amostra ter sido concluída, uma nova solução de mesma concentração de Violeta de metila foi preparada, desta vez para reagir com NaOH 0,016 M, o dobro da concentração anterior. A mistura também reagiu por um minuto até que fosse possível tirar a primeira medida de absorbância em 577 nm, que também ocorreu por 25 minutos com intervalos de um minuto.

• RESULTADOS E DISCUSSÃO

Organizando-se em uma planilha os dados de absorbância do Violeta de metila em função do tempo, da primeira parte do experimento, analisando-se qual modelo de ordem (n = 1 ou n = 2) melhor se adequava. Já que, quando n = 1, a lei de velocidade integrada é:

ln Abs = ln Abs0 - kt                                          (1)

e o gráfico de ln Absorbância x tempo (t) deve ser uma reta decrescente e quando n = 2, a lei de velocidade integrada é:

                                                 (2)[pic 7]