Reações de Segunda Ordem

RELATÓRIO

   

1. Título Aula Experimental

Reações de segunda ordem.

1. Objetivos

        Construção do gráfico x/a (a-x) em função de t, para determinação do coeficiente de velocidade (k), que será calculado e traçado no gráfico.

1. Resultados e discussão

Para a realização da presente prática, e auferir os objetivos traçados nesta, realizou-se o procedimento experimental proposto para a aula. Com o auxílio de uma literatura guia, necessitou-se seguir algumas etapas, onde primeiramente separou-se 6 Erlenmeyer de 250ml, adicionando-se 30ml de ácido clorídrico com concentração de 0,02mol/L, em cada uma das vidrarias. Após este processo, pegou-se dois Erlenmeyer de 500ml, onde no primeiro acrescentou-se 150ml da solução de acetato de etila 0,02mol/L, e 150ml de hidróxido de sódio 0,02mol/L no outro. Mediu-se a temperatura das soluções até que ambas entrassem em equilíbrio térmico. Em seguida, realizou-se a mistura, passando a solução contida em um dos Erlenmeyer para outro (misturou-se a solução de acetato de etila com a solução de hidróxido de sódio), e com o auxílio de um cronometro, marcou-se exatamente o instante em que se iniciou a reação. Nos intervalos de tempo em que se indicava no cronometro 2, 5, 10, 20, 30 e 45 minutos, retirou-se alíquotas de 25mL e adicionou-se para cada um dos seis Erlenmeyer contendo ácido clorídrico, respectivamente. A solução de ácido clorídrico com a mistura de acetato com hidróxido, previamente realizada, foi titulada com a solução de hidróxido de sódio 0,02mol/L, utilizando-se como indicador a solução de fenolftaleína.

A primeira etapa na analise da cinética das reações é o estabelecimento da estequiometria da reação e a identificação de reações secundárias, sendo possível observar o mecanismo desta reação logo abaixo.

CH3COOC2H5 + NaOH  → CH3COO- + Na+ + C2H5OH       (Reação 1)

Esta reação é uma reação que contém o mesmo número de mols, ou seja, é uma reação equimolar, e possui as concentrações iniciais dos reagentes equivalentes. Quando se trata de reações de segunda ordem há duas possibilidades: os dois reagentes são equimolares/dois mols da mesma substância, a outra possibilidade é quando a reação é de primeira ordem para cada um dos dois reagentes.  Nesse caso como a reação é equimolar, a lei da velocidade integrada é calculada pela seguinte fórmula:

[pic 1]

(Equação 1)

Os dados básicos da cinética química são, então, as concentrações dos reagentes e dos produtos em tempos diferentes a partir do inicio da reação.

As velocidades da maioria das reações químicas dependem da temperatura, e por isso, nas experiencias comuns de cinética, se mantém constante a temperatura do sistema reacional durante a reação, sendo este fato o principal dado explicativo para que as temperaturas das soluções entrassem em equilíbrio térmico, onde constatou-se uma temperatura de 23⁰C nas soluções.

Esta equação trata-se de uma reação orgânica que é conhecida como saponificação. A saponificação é um tipo de reação química que ocorre quando um éster reage com uma base forte, tendo como produtos finais um sal orgânico e um álcool.

Primeiramente, através de uma regra de três, encontrou-se o numero de mols presentes na concentração de NaOH inicial em cada um dos intervalos de tempo.  Por exemplo,em  t= 2 minutos, utilizou-se 20,5 mL de NaOH:

0,02 mol --------- 1000 mL

              X ------- 20,5 mL

 [pic 2]

Para o andamento dos cálculos, necessitou-se encontrar a quantidade de matéria de HCl presente no instante da titulação. Esse valor não varia com os diferentes tempos, ou seja, a concentração de HCl não variou durante a titulação. Nesse experimento utilizou-se 30 mL de HCL 0,02 mol/L:

[pic 3]

Diminuiu-se a concentração de NaOH no tempo de dois minutos com o valor calculado anteriormente para encontrar-se o quanto de NaOH reagiu com o éster na reação de saponificação.  

[pic 4]

Através de uma regra de três, encontrou-se a quantidade de HCl que reagiu para neutralizar o NaOH da reação de saponificação.

 mol --------- 25 mL[pic 5]

                        (a-x) ------ 1000 mL

 [pic 6]

Com isto, subtraiu-se as concentrações de NaOH no tempo t (substituindo os tempos indicados na literatura), da sua concentração inicial (a-x) na mistura reagente, para obter-se o abaixamento de concentração (x) de NaOH e acetato de etila em qualquer um dos tempos indicados, como representa o cálculo abaixo:

• Concentração inicial de NaOH: 0,02 mol/L.
• Concentração de NaOH no tempo = 2 minutos: 0,0076 mol.

X =([NaOH]0 - [NaOH]t=2)  [pic 7]

Para a construção do gráfico em função do tempo, utilizou-se a seguinte expressão:

[pic 8]

Para t = 2 minutos o valor foi:

[pic 9]

Para o cálculo das concentrações no demais tempos, utilizou-se o mesmo procedimento apresentado anteriormente.

Realizou-se a construção de uma tabela para dispor os dados obtidos, para maior facilidade nos cálculos.  

Tabela 1. Dados obtidos referentes à titulação para facilitação dos cálculos.  

Tempo (min)	Volume de NaOH gasto (mL)	HCl presente no instante da titulação (mL)	a-x	X	[pic 10]
2	20,5	30	0,0076	0,0124	81,58
5	21,5	30	0,0068	0,0132	97,06
10	23,2	30	0,00544	0,01456	134,82
20	23,5	30	0,0052	0,0148	142,31
30	25,5	30	0,0036	0,0164	227,78
45	26,0	30	0,0032	0,0168	262,5