UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIAInstituto de QumicaDepartamento de Fsico-Qumica QUIA16 - Fsico-Qumica CDocente: Rosangela Regia Lima Vidal

CINTICA QUMICA I MTODO ANALTICOPARTE C

Antnio BaptistaPaulo FelippeRavena Almeida

Salvador BA, maio de 2014 Parte C

OBJETIVO

Este experimento teve por objetivo calcular a energia de ativao e o fator pr-exponencial da equao de Arrhenius para a reao de reduo do on persulfato (S2O82-) pelo on iodeto (I-)em meio aquoso.

INTRODUO

A reao utilizada como objeto de estudo no experimento foi a da reduo do on persulfato pelo on iodeto, dada seguinte equao balanceada:

Tal reao de 2 ordem global. Para facilitar a determinao experimental de sua Lei de Velocidade, pode-se recorrer ttica de trabalhar na medida da variao na concentrao de um dos reagentes (o persulfato) e utilizar o outro em excesso (on iodeto), de modo que a concentrao deste seja aproximadamente constante. Assim, na expresso abaixo:

Fazemos k'= k[I-], onde k' a pseudo constante de velocidade na equao:

que a expresso para a reao agora designada como de pseudo primeira ordem. Rearranjando e integrando, obtemos:

possvel calcular o valor da energia de ativao se conseguirmos obter diferentes valores de k' para deferentes temperaturas. A equao de Arrhenius relaciona temperatura, energia de ativao e constante de velocidade: Tomando o logaritmo natural em ambos os lados, podemos obter a forma linearizada da equao de Arrhenius:

Ou seja, ao esboar em um grfico os valores de ln k' versus 1/T, deve-se obter uma reta cuja inclinao ser igual a -Ea/R e cuja interseco com o eixo y ser igual a lnA.

Na presena de tiossulfato de sdio, ocorre uma reao de reduo do iodo formado, de modo a regenerar o on iodeto presente inicialmente:

Essa reao muito mais rpida que a primeira, de modo que o iodo molecular, assim que formado, rapidamente consumido. Depois que todo o persulfato reage, a concentrao de iodo comea a elevar-se, e sua presena pode ser detectada adicionando-se gotas de amido 1% na mistura reacional. (o iodo forma um complexo de colorao azul com o amido).Ento, como determinar o tempo necessrio para uma quantidade ''X'' de iodo ser formada? Basta raciocinar da seguinte forma: coloca-se a quantidade exata de tiossulfato necessria para consumir essa quantidade de iodo. Quando surgirem as evidncias (colorao azulada) de I2 presente na soluo, pode-se inferir que aquela quantidade ''X'' de iodo j havia sido produzida, sendo utilizada na reao do tiosulfato para produzir tetrationato.

TRATAMENTO DE DADOS

Os valores de k' so calculados atravs da expresso:

onde o termo do numerador entre parnteses a concentrao inicial de on persulfato, e o termo do denominador a concentrao da mesma espcie no tempo t.

Quantidade inicial de persulfato:n0= (0,01mol/ 1L)x( 1L/ 100mL)x(20,0mL) = 2,0x10-4 mol

Quantidade inicial de tiossulfato:n(S2O32-)= (0,01mol/ 1L)x( 1L/ 100mL)x(10,0mL) = 1,0x10-4 mol

Quantidade de persulfato no tempo ''t'':nt =n0- [n(S2O32-)/2] = 2,0x10-4 0,5x10-4 = 1,5x10-4

Ento, ln[ n0(S2O82-)/ n(S2O82-)] = ln(4/3) = 0,287682.

Para encontrar os valores de k', basta substituir os tempos na equao acima.

A frao de ons que reage, igual para todas as temperaturas, dada por:

(ons persulfato que reagem) = n0 nt = 2,0x10-4 1,5x10-4 = 1/ 4 = 25% (total de ons persulfato) n0 2,0x10-4

RESULTADOS E DISCUSSO

A tabela a seguir contm os valores de temperatura, tempo, 1/T, k' e ln k' devidamente preenchidos.

Utilizando o software QtiPlot, traou-se o grfico de ln k' versus 1/T. A reta que melhor se adequa aos pontos, em vermelho, foi obtida por regresso linear. O parmetro estatstico R2 foi igual a 0,98825438.

Inclinao: m = -4,971916427x1003 = -Ea/R

Se R= 8,314 J/molK, ento Ea = R(4,9719161003) = 41,34 kJ/mol.

Ea = 41,34 kJ/mol. Interseco com o eixo y: B = 9,852435 = ln A

Ento A = e 9,852435 = 19004,578 => A = 1,90x 1003 s-1.

No experimento, observou-se que o aumento da temperatura resultou na diminuio do tempo necessrio para a soluo se tornar azul. A diminuio do tempo, por sua vez, ocasionou um aumento nos valores das pseudo constantes de velocidade. Como k'= k[I-] e a concentrao de iodeto se manteve constante, conclui-se que a constante de velocidade k tambm aumenta com o aumento da temperatura o que era esperado, pois esse aumento eleva a frequncia de colises e a frao de molculas com energia cintica suficiente para reagir.

Geralmente se assume que tanto o fator pr-exponencial A como a energia de ativao no variam com a temperatura, mas o fato que a inclinao do grfico de ln k' versus 1/T tambm depende da temperatura, segundo a equao:

onde. m geralmente um nmero negativo.

CONCLUSO

Foi verificado que possvel calcular a energia de ativao de uma reao inica utilzando a equao de Arrhenius (Ea = 41,34 kJ/mol). Com os dados obtidos conseguiu-se obter um grfico de ln k' versus 1/T em linha reta com boa aproximao, visto que o R2 calculado foi bastante prxmo a 1.O aumento da temperatura resultou sempre em um aumento das constantes de velocidade, o que est de acordo com as Teorias das Velocidades de Reao, pois a frequncia de colises e a energia cintica das molculas que colidem tambm aumenta.