O Laboratório De Físico-Química

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LABORATÓRIO DE FÍSICO-QUÍMICA II

CURSO: QUÍMICA        TURMA: 3QI

COMPONENTES DO GRUPO

NOME        RA        NOTA
1 -	Giulia Akagawa	1521044
2 -	Jaqueline Teixeira	1521069
3 -	Fernanda Miyuki	1521105

Data de realização da experiência: Data de entrega do relatório:

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01/09/2023.

29/09/2023.

EXPERIÊNCIA:

DETERMINAÇÃO DA ORDEM DE UMA REAÇÃO PELO MÉTODO FOTOCOLORIMÉTRICO

1. INTRODUÇÃO

DETERMINAÇÃO DA ORDEM DE UMA REAÇÃO PELO MÉTODO FOTOCOLORIMÉTRICO

Quando estudamos uma reação química levamos em consideração além de espontaneidade dela (estudo termodinâmico), a rapidez com que ela ocorre (estudo cinético).

As velocidades das reações químicas são determinadas experimentalmente. As leis de velocidade são deduzidas a partir do efeito da concentração dos reagentes e produtos na velocidade de reação. A velocidade também depende de outros fatores tais como temperatura, pressão e catalisadores. A ordem de reação em estudo será determinada mediante o emprego da técnica fotocolorimétrico, uma vez que os reagentes são coloridos e os produtos incolores.

A hidrólise do Cristal Violeta (VC) pode ser expressa como reação (1). O cristal violeta, C25H30N3Cl, é um composto iônico que, em solução aquosa, se dissocia no íon C25H30N3+ e Cl-. Como consequência da deslocalização eletrônica observada no cátion, C25H30N3+ , a solução apresenta a tonalidade violeta (figura 1). Em presença de OH- a espécie C25H30N3+ reage de acordo com a figura 2, originando um carbinol incolor.

O progresso da reação pode ser fisicamente monitorado à medida que a solução de estoque de CV violeta profunda gradualmente perde sua cor à medida que a reação progride. Ao final da reação, a solução CV torna-se incolor.

C25H30N3Cl(aq) + NaOH(aq) → C25H31ON3(aq) + NaCl(aq) (1)

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Figura 1. Estrutura do Cristal Violeta (I) e (II)

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Figura 2. Estequiometria da reação entre o cristal violeta e o NaOH.

Os reagentes são o cristal violeta e o hidróxido de sódio, "genericamente", a equação de velocidade é dada por:

A lei de velocidade de uma reação simples como, por exemplo:

A + B ⟶ C        (1)

𝒗 = 𝒌 [𝑨]𝒎 [𝑩]𝒏        (2)

Os expoentes m e n são chamados de ordem da reação em relação às espécies A e B respectivamente, e podem ser números inteiros, fracionários ou nulos. De forma que a ordem global da reação é m + n. Estes expoentes não necessariamente são iguais aos coeficientes estequiométricos salvo em reações muito simples. O coeficiente de proporcionalidade k é a constante de velocidade.

Esta constante é igual à velocidade que a reação (simples) teria caso as concentrações fossem unitárias.

Para a reação direta da equação 1 podemos escrever indicando o consumo do reagente A como segue:

𝒗 = − 𝒅[𝑨] = 𝒌 [𝑨]𝒎 [𝑩]𝒏        (3)[pic 6]

𝒅𝒕

As constantes k, m e n recebem o nome de parâmetros cinéticos.

Na experiência que será efetuada os reagentes são o cristal violeta e o hidróxido de sódio (figura 2). A ordem da reação em relação a cada espécie será determinada usando uma técnica fotocolorimétrica uma vez que um dos reagentes, o cristal violeta, é colorido. Com o decorrer da reação, a solução inicialmente violeta se torna incolor e os valores da concentração deste reagente podem ser determinados a partir de medidas de absorbância, num espectrofotômetro, fazendo uso da Lei de Beer.

A equação 2 para este sistema é:

𝒗 = 𝒌 [/𝑶𝑯]𝒎 [𝒄𝒐𝒓𝒂𝒏𝒕𝒆]𝒏        (4)

Igualando as equações 3 e 4 obtém-se a igualdade:

𝒗 = − 𝒅[𝒄𝒐𝒓𝒂𝒏𝒕𝒆] = 𝒌 [/𝑶𝑯]𝒎 [𝒄𝒐𝒓𝒂𝒏𝒕𝒆]𝒏        (5)

𝒅𝒕

Como nas condições da experiência a concentração inicial do hidróxido de sódio é muito maior que a do corante, [/𝑶𝑯]𝒎 ≫≫ [𝒄𝒐𝒓𝒂𝒏𝒕𝒆]𝒏 , pode-se incluir esta concentração na constante k e assim vamos definir uma nova constante de velocidade:

𝒌𝒇 = 𝒌 [/𝑶𝑯]𝒎        (6)

Sendo kf a pseudo constante de velocidade. Desta forma a equação 5 passa a ser escrita

𝒗 = − 𝒅[𝒄𝒐𝒓𝒂𝒏𝒕𝒆] = 𝒌   [𝒄𝒐𝒓𝒂𝒏𝒕𝒆]𝒏        (7)[pic 7][pic 8]

𝒅𝒕

Admitindo-se n, a ordem em relação ao corante, igual a 1, separando as variáveis e integrando-se a equação 7 obtém-se: