Cinética de Reação Química Homogênea

UNIVERSIDADE DO VALE DO RIO DOS SINOS – UNISINOS

Unidade Acadêmica de Graduação - Engenharia Química e Alimentos

Reatores e Processos Industriais

Professor Paulo R. Santos da Silva

Data 10/11/2017

Cinética de reação química homogênea

Camille Kusiak Pereira, Joana Dacol Soares, Morgana Schenatto, Susane Silveira

1 INTRODUÇÃO

Conforme Feltre (2004), a cinética química é o estudo da velocidade das reações químicas, assim como dos fatores que a influenciam. Destaca-se que é através dela se ajusta o tempo de reação, tornando os processos mais econômicos.

A reação trabalhada na prática experimental foi uma hidrólise promovida por base, também chamada de saponificação. De acordo com Solomons e Fryhle (2012), o mecanismo envolve uma adição nucleofílica-eliminação no carbono acílico.

Figura 1 – Mecanismo da reação

[pic 1]

Fonte: Solomons e Fryhle (2012).

No estudo de dados do reator em batelada, segundo Fogler (2009), os métodos consistem em análises e correlações de dados cinéticos com a finalidade de se identificar a lei de velocidade da reação. Eles consistem em procedimentos que contrapõem equações de taxa e dados experimentais. Os mais comuns são os métodos diferencial e integral.

O método integral de análise é o de uso mais simples. Ele é empregado mais frequentemente quando a ordem da reação é conhecida e se deseja calcular a velocidade específica da reação a diferentes temperaturas, tendo em vista a determinação da energia de ativação. Normalmente, nesse método, supõe-se uma ordem de reação e integra-se a equação diferencial utilizada para modelar o sistema em batelada. Se a suposta ordem de reação for a correta, o gráfico correspondente dos dados de concentração-tempo deve ser razoavelmente linear (LEVENSPIEL, 2000).

2 OBJETIVO

O presente trabalho tem como objetivo principal estudar a cinética da reação de hidrólise alcalina do acetato de etila com o hidróxido de sódio. Além disto, foi determinada a ordem global desta reação pelo método integral, bem como a constante de velocidade específica (k) a 31°C e verificado o efeito da sua variação com a temperatura. Também foram estipulados o fator de frequência (k0) e a energia de ativação (EA) pela equação de Arrhenius.

3 MEMORIAL DE CÁLCULOS

Com o propósito de identificar a ordem global da reação de hidrólise alcalina do acetato de etila e se estabelecer os parâmetros da equação de Arrhenius para a reação citada, deve-se titular. A Tabela 1 apresenta o volume de 25 mL de ácido clorídrico (HCl) 0,02296 M em cada enlermeyer e o volume gasto de NaOH 0,01593 M em cada titulação acidificada, com fenolftaleína como indicador.

Tabela 1 – Massa de HCl nos erlenmeyers

Erlen.	Vazio (g)	Erlen. + HCl (g)	Massa de HCl	Tempo (min)	Volume (mL)
1	121,9221	148,1765	26,2544	1	22,4
2	120,8194	147,0781	26,2587	2	23,9
3	115,4815	141,7544	26,2729	5	24,5
4	118,5478	144,7357	26,1879	8	26,2

Fonte: Elaborado pelas autoras (2017)

No ponto final da titulação, o número de mols de NaOH da solução padrão é igual ao número de mols de HCl em excesso no erlenmeyer. Como o hidróxido de sódio não convertido reage com o HCl presente no erlenmeyer, o número de mols de HCl que reagiu é obtido pela diferença entre o número de mols inicial de HCl e o número de mols de HCl em excesso.

Para se obter o número de mols de HCl inicialmente contidos em cada enlermeyer, aplica-se o produto entre a concentração do reagente e a massa contida no respectivo enlermeyrer, conforme ilustra a Equação 1:

                                                            (Eq. 1)[pic 2]

O número de mols em excesso do HCl é obtido através do produto entre o volume de NaOH consumido durante a titulação e a sua concentração, conforme ilustra a Equação 2:

                                                             (Eq. 2)[pic 3]

        Para identificar a concentração de NaOH inicial presente no reator (t=0s), usa-se a fórmula da diluição. Foram colocados 314 mL de NaOH 0,01593 M e, após a diluição com água deionizada, o volume total era 500 mL. A Equação 3 ilustra o cálculo para a concentração de NaOH inicial:

                                          (Eq. 3)[pic 4]

        A Equação 4 serve para o cálculo da concentração de NaOH no reator no tempo em que as alíquotas foram coletadas:

                                                               (Eq. 4)[pic 5]

A determinação da concentração de NaOH no reator em cada instante de tempo é realizada pela razão entre o número de mols de NaOH transferidos na alíquota pelo volume, que foi de 25 mL, conforme mostra a Equação 5:

                                                                   (Eq. 5)[pic 6]

A Tabela 2 traz os dados obtidos conforme as equações apresentadas acima:

Tabela 2 – Dados obtidos com a titulação

Tempo	Volume (mL)	nHCl (mol)	nHCl,sobra  (mol)	nHCl,consumido  (mol)	nNaOH, aliquota (mol)	CNaOH, Reator (mol/mL)
0	-	-	-	-	-	0,010004
1	22,4	0,602	0,356	0,245	0,245	0,009839
2	23,9	0,602	0,380	0,222	0,222	0,008887
5	24,5	0,603	0,390	0,212	0,212	0,008518
8	26,2	0,601	0,417	0,183	0,183	0,007356

Fonte: Elaborado pelas autoras (2017)

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