REAÇÃO DE PRIMEIRA ORDEM

Universidade Federal do Maranhão – UFMA

Centro de Ciências Exatas e Tecnologias – CCET

Disciplina: Físico-Química III

Prof. Dr.: Edmar Pereira Marques

Aluna: Helene do Carmo Castro Lacerda QI: 2012012044

Relatório de Físico-Química III

São Luís - MA

2015

Helene do Carmo Castro Lacerda QI: 2012012044

Relatório de Físico-Química: Reação de primeira ordem

• Relatório apresentado pela aluna do Curso de Química Industrial para obtenção de nota na Disciplina deFísico-Química III, ministrada pelo Prof. Dr. Edmar Pereira Marques.

São Luís

2015

1. – INTRODUÇÃO

A reação de decomposição do peróxido de hidrogênio em solução aquosa, H2O2 (aq) → H2O(l) +½ 02(g) ↑ é caracterizada como uma reação de primeira ordem mesmo em relativamente baixas concentrações dessa substância.

Essa decomposição pode ser considerada lenta. Por exemplo: para o produto comercial (10 ou 20 volumes) tem-se que o seu tempo de consumo t90, o tempo necessário para a concentração do peróxido cair de um décimo da concentração inicial (nas condições recomendadas de estoque, neste caso à temperatura ambiente e ao abrigo da luz solar), é de 3,5 meses (105 dias). Ou seja, .k= [pic 1]ln 0,9 →k= 1,00 x10-3 dias -1 ;t ½= ln[pic 2]→ t1/2 = 691 dias, aproximadamente dois anos antes ida concentração do reagente cair para a metade da sua concentração inicial.

Entretanto, a adição de um ácido de Lewis, como o cloreto férrico, à solução do peróxido proporciona um caminho alternativo de decomposição muito mais rápido que o anterior. Ao final do processo, o ácido de Lewis pode ser recuperado com a mesma concentração original, logo, ele é um catalisador (uma substância que proporciona um caminho alternativo mais rápido para uma dada reação, sendo essa substância inteiramente recuperada, após o processo ter ocorrido como um todo).

O processo de decomposição do peróxido de hidrogênio na presença de um ácido de Lewis é, independentemente da concentração, um inequívoco fenômeno de primeira ordem, para o qual é proposto o seguinte mecanismo (em que, mesmo a olho nu, distingue-se a formação do intermediário pela cor, e um dos produtos pela formação de bolhas):

H202 (aq, incolor) + FeCl3(aq,amarelo forte) ↔ {H202, ... FeCI3}(aq, marrom)

{H202, ... FeCI3}(aq, marrom)→H20(l) + [pic 3]02  (g) ↑ + FeCl3(aq,amarelo forte)

Sendo esse processo, como dito, de primeira ordem, a equação (8.8) torna-se

ln[pic 4]= -kt.e, logo, a equação (8.9)ln [H2O2]= -kt + ln [H2O2]0

Sendo assim, um experimento para o acompanhamento cinético desse processo e para a determinação da sua constante de velocidade, a uma dada temperatura, deve consistir em se determinar o avanço da reação com o tempo. Para isso, pode-se determinar a concentração remanescente do peróxido em intervalos de tempos genéricos, após a adição do cloreto férrico, através, por exemplo, da titulação com permanganato de potássio em meio ácido,

2 MnO4 2- (aq) + 5 H2O2  (aq) +6 H+ (aq)→ 2 Mn2+ (aq) + 8 H2O (l) + 5 O2  (g) ↑

Ou seja, de tempos em tempos, retira-se uma alíquota do frasco reacional. Adiciona-se esta a um erlenmeyer contendo uma solução de um ácido forte (que possui um papel triplo: quebra o complexo molecular formado, transforma o cloreto férrico em sulfato e gera o pH necessário para a reação de oxirredução) e titula-se com a solução de permanganato.

Note-se que, em todo instante, a reação de decomposição não catalisada continua ocorrendo, porém, como visto, a sua contribuição ao processo global no tempo do experimento (um par de horas)é devidamente desprezada. Em suma, está se dizendo que, no momento em que a alíquota é colocada em presença do ácido forte, o processo catalisado deixa de existir e, no que concerne à realização das medidas, pode-se ignorar o processo não catalisado (são necessários dias ou semanas para que a decomposição não catalisada do peróxido produza resultados significativos).

Portanto, plotando-se o logaritmo do volume do titulante em função do tempo em que se parou o processo catalisado (o instante no qual a alíquota retirada do frasco reacional foi adicionada à solução do ácido forte), obtém-se uma reta cujo coeficiente angular equivale, em módulo, à constante de velocidade da reação catalisada nas condições do experimento e, lógico, o coeficiente linear corresponde à concentração do peróxido no instante da adição do ácido de Lewis.

Determinada a constante de {velocidade, e em se tratando de um fenômeno de primeira ordem determina-se o tempo de meia-vida do processo catalisado, equação (8.10), ou, escolhendo no gráfico o logaritmo de um volume V qualquer, e o logaritmo da metade deste volume [pic 5], e determinando-se, na abcissa. a variação do tempo associada a este decaimento (lembrando que ln[pic 6]= ln V – ln2).

1. – OBJETIVOS

Determinar a constante de velocidade e o tempo de meia-vida da decomposição do peróxido de hidrogênio, reação de primeira ordem.

1. – MATERIAL

Buretas, pipetas graduadas e volumétricas, provetas, erlenmeyers, cronômetro, peróxido de hidrogênio O,16 moI L-1, permanganato de potássio 8x 10-3mal L-1, solução aquosa de cloreto férrico a 6% mim e ácido sulfúrico diluído, 1:5.

1. – PROCEDIMENTO

01 - Colocou-se 5,0 cm³ da solução de ácido sulfúrico em sete erlenmeyers.

02- Colocou-se 100,0 cm³ da solução de peróxido de hidrogênio no erlenmeyer maior (frasco reacional).