Relatório Determinação energia de ativação

1 - Introdução

1.1 Energia de ativação

A ocorrência de uma reação química está relacionada com o contato entre as moléculas reagentes e a uma energia mínima necessária - a energia de ativação - para que ocorra a reação e a formação de produtos, em termos de potencial em um passo intermediário da reação necessário para que ocorra a transformação dos reagentes em produtos. A formação dos produtos a partir dos reagentes é um processo gradual em que as ligações dos reagentes são quebradas e ocorre a formação dos produtos.

Esse estado de formação é chamado de complexo ativado, sendo possível formular a velocidade de reação em termos de propriedades dos reagentes e do estado de transição, no qual as moléculas integrantes formam o complexo ativado, sendo a velocidade da reação o número de complexos ativados que passam por segundo sobre o topo da barreira potencial com uma energia mínima para a ocorrência da reação. Por exemplo, uma reação exotérmica binária A + B = AB, o complexo ativado pode ser representado por AB*.

Sendo o complexo ativado superior à energia dos reagentes, a diferença entre a energia dos reagentes e da energia do complexo ativado é denominada energia de ativação (ΔH*).

Para uma reação exotérmica onde se é fornecida energia para que seja superada a energia de ativação e ocorra formação de produtos, o caminho da reação e sua energia de ativação são demonstrados graficamente como no exemplo da figura abaixo:

[pic 1]

Figura 1 - Representação gráfica de uma reação exotérmica demonstrando a energia de ativação para essa reação.

Quando uma reação é endotérmica, liberando energia para a formação dos produtos, seu comportamento no caminho da reação é demonstrado de forma graficamente contrária à reação exotérmica, fornecendo menos energia que o necessário para formação de produtos.

[pic 2]

Figura 2 - Representação gráfica de uma reação endotérmica demonstrando a energia de ativação para essa reação.

Os catalisadores influenciam na velocidade de uma reação porque alteram a energia envolvida na ocorrência da mesma; a energia de ativação necessária para que haja a formação do complexo ativado a partir dos reagentes diminui, porque a presença do catalisador oferece um caminho alternativo e menos energético para que a reação ocorra, e isto faz com que a reação ocorra com maior velocidade.

Assim, a representação gráfica para uma comparação entre uma reação exotérmica catalisada e a mesma reação não catalisada:

[pic 3]

 Figura 3 -Gráfico demonstrando a comparação energética entre uma reação exotérmica catalisada e uma reação exotérmica não-catalisada.

 A energia de ativação pode também ser aumentada com a adição de inibidores, que são substâncias que diminuem a velocidade de reação. Um inibidor desvia um dos reagentes para uma reação alternativa, de menor energia de ativação, sendo consumido preferencialmente nesta reação do que na reação que ocorreria sem a presença do inibidor.

1.2 – Determinação da energia de ativação da reação

A constante cinética k de uma reação química depende da temperatura, sendo envolvida com outras duas constantes, entre elas a energia de ativação. Segundo Arrhenius:

[pic 4]

Onde  é outra constante chamada de fator pré-exponencial,  a constante dos gases e T a temperatura absoluta.[pic 5][pic 6]

Determinando experimentalmente a energia de ativação da reação:

S2O8-2 + 2 I- = 2 SO4-2 + I2

Sendo que a reação será executada de tal forma que o íon do iodeto estará em excesso. Já que a reação é de 1ª ordem com relação ao íon persulfato, sendo usada a equação cinética correspondente a essa ordem.

In[S2O8-2]0 . ln [S2O8-2]t = k.t

Dessa forma, o mecanismo da reação pode ser compreendido para determinar a constante cinética da energia de ativação.

2 - Objetivos

Determinar, a partir de dados experimentais, o valor da energia de ativação a partir de uma reação entre S2O8-2 e I-.

3 - Procedimento experimental

3.1 - Materiais

- Solução amido 1%;

- Solução de iodeto de potássio 0,5 mol.L-1 ;

- Solução de persulfato de potássio 0,002 mol.L-1 ;

- Solução de tiossulfato de potássio 0,001 mol.L-1 ;

- Cuba de gelo;

- gelo;

- 2 termômetros;

- 2 erlenmeyers de 250 ml;

- 1 pipeta volumétrica de 10 ml;

- 2 pipetas volumétrica de 20 ml;

- 1 relógio para contagem do tempo.

3.2 – Procedimento experimental

Em um erlenmeyer foram transferidos 20 ml de solução de iodeto de potássio e ao mesmo erlenmeyer foram adicionados 10 ml de solução de tiossulfato de potássio.

Em um segundo erlenmeyer foram adicionados 20 ml de solução de persulfato de potássio e 5 gotas de solução de amido.

Os dois erlenmeyers foram levados ao banho de gelo, até atingir o equilíbrio a temperatura de 10º C, ao atingir a temperatura em equilíbrio misturava uma solução a outra instantaneamente e imediatamente marcava o tempo com o cronometro sempre agitando a mistura até que ocorre se a reação anotando seu tempo final.

O procedimento foi repetido às temperaturas de 15, 20, 30 e 35º C.

4 - Resultados e discussão

Os resultados obtidos neste experimento estão expressos na seguinte tabela:

T (K)	t (s)	T-1 (K-1)	ln t
283	370	0,00353	5,913
288	305	0,00347	5,720
293	215	0,00341	5,371
303	160	0,00330	5,075
308	75	0,00325	4,317

Estes resultados forneceram as coordenadas para a construção do gráfico de ln t em função de T-1, que possibilita o cálculo da energia de ativação, já que o coeficiente angular da melhor reta descrita, calculada por regressão linear a partir dos pontos experimentais, corresponde a Ea/ R, onde R é a constante universal dos gases, 8,314 J K-1 mol-1.