Justifique por quê escolher o filtro de maior absorbância

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA – UFPB Departamento de Química – DQ/CCEN

PRÁTICA N° 10: DETERMINAÇÃO DA ORDEM DE REAÇÃO POR FOTOCOLORIMETRIA

Grupo: Data: Professor:

RESUMO

Davi Braga Torquato Luan De Souza Barroso 28 de março de 2019 Karen Cacilda Weber

OBJETIVOS Determinar a ordem e a constante de velocidade da reação bimolecular entre o cristal violeta e a hidroxila partir de medidas de espectrofotometría de UV-Vis.

INTRODUÇÃO Em um reação química existem dois parâmetros a serem observados: se ela ocorrerá e em quanto tempo ela ocorrerá. A cinética química é o ramo da físicoquímica que investiga e observa a velocidades com que essas das reações químicas ocorrem e os fatores que as influenciam. A velocidade indica a variação da quantidade de reagentes e produtos com o passar do tempo de reação. Essa velocidade é influenciada por fatores, como: concentração dos reagentes, meio em que ocorre, temperatura, luz, pressão, a presença de catalisadores e os produtos finais. Como a velocidade ou taxa de reação é proporcional pode-se construir um expressão que relaciona essas duas grandezas, tendo a seguinte forma: v = k[-OH]m[CV+]n (1) Onde k é a constante de velocidade, a potência m representa a ordem de consumo de CV em relação a -OH e n a ordem de consumo de -OH em relação a CV. Somando m e n temos a ordem global da reação. A velocidade da reação também pode ser escrita com a derivada da concentração pelo tempo. v = -d[-OH]/dt = -d[CV+]/dt

(2)

Substituindo a equação (1) na (2) e integrando a expressão, no intervalo de concentração inicial até a final, temos as chamadas lei de velocidade. -d[-OH]/dt = k[-OH]m[CV+]n (3)

∫d[-OH]/[OH]m[CV+]n = − ∫𝑘𝑘t (4) O cristal violeta (CV) é um composto orgânico que reage lentamente com íons hidroxila (-OH), originando produtos incolores. Existem três estruturas conhecidas do CV, um delas pode ser representada por CV+, que quando entra em contato com uma solução básica, reage de acordo com a equação a seguir, originando a solução incolor. CV+(aq)+-OH(aq) → CVOH(aq)

O violeta de cristal absorve na região do visível, com máximo em 590 nm e com isso a sua reação com íons hidroxila pode ser acompanhada por meio de espectrofotometria, relacionando a absorbância da solução com a concentração do cristal violeta. A = 𝜀bc

(5)

onde A é absorbância, 𝜀 é a absortividade, b é o percurso óptico e c é a concentração da solução. A velocidade dessa reação pode ser expressa pela equação 1, dependendo também da concentração dos íons hidroxila. Como a concentração do hidróxido de sódio usado é muito maior à do violeta de cristal, a concentração de hidróxido será praticamente a mesma durante toda a reação, dando viabilidade para o cálculo da velocidade com o método de isolamento de Ostwald. Transformando a equação 1 na equação a seguir para determinar a ordem parcial do violeta de cristal e relacionando a absorbância da solução com a concentração do violeta de cristal. v= 𝑘ef[CV+]m, onde 𝑘ef = 𝑘[-OH]

(6)

A lei de velocidade muda conforme a ordem global da reação, no caso da equação 6, com o expoente m. Se m for igual a 0, a reação será de ordem zero e a lei é dada por: [CV+] − [CV+]0 = −𝑘t

(7)

Se m for igual a 1, a reação será de primeira ordem, onde a concentração do reagente diminui exponencialmente com o tempo, e lei é dada por: ln([CV+]/[CV+]0) = −𝑘t

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Se m for igual a 2, a reação será de segunda ordem, e a lei é dada por: 1/[CV+] − 1/[CV+]0 = 𝑘t

MATERIAIS & MÉTODOS EQUIPAMENTOS e REAGENTES ● ● ● ● ● ●

04 Balões volumétricos de 50 mL; 01 Pipeta volumétrica de 5 mL; 01 Espectrofotômetro; 01 Cronômetro; Solução de Cristal Violeta; Solução Hidróxido de Sódio

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PROCEDIMENTO Preparou-se uma solução do cristal violeta diluindo 25mL da solução de xx mg/L em um balão de 50 mL, chamando de A2. Preparou-se também duas soluções de NaOH, transferindo 5 mL e 10 mL da solução xxx mol/L para dois balões de 50 mL, chamando-os de B1 E B2, respectivamente. Após, transferiu-se, primeiramente, uma alíquota da solução A2 e da solução B1 para beckers separados. Adicionou-se então, rapidamente a solução do béquer B1 na solução contida no becker A2, acionando o cronômetro. Após isso, uma alíquota da solução final foi transferida para a célula de quartzo e inserida no espectrofotômetro. Foram feitas leituras de absorbância a cada minuto de reação até atingir um tempo final de 30 minutos. Foi realizado o mesmo procedimento para a solução B2.

RESULTADOS E DISCUSSÃO DADOS TRATAMENTO DE DADOS DISCUSSÃO

CONCLUSÕES QUESTÕES 1. Justifique: por quê escolher o filtro de maior absorbância? Esse procedimento é realizado para evitar os desvios da lei de Lambert-Bee atrapalhem na indicação correta da concentração do composto analisado. 2. Os valores obtidos são satisfatórios? Sim, os valores batem bem com os dados da literatura. 3.Quais as possíveis fontes de erro ou limitações neste experimento? Má elaboração da solução do corante, restos de outras soluções nos beckers, cubeta e pipeta e negligência quanto ao tempo de reação. REFERÊNCIAS http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40422010000900026

Os valores d e absorvância p ara a solução de 4 mL de NaOH foram os seguintes Tabela 1: Valores obtidos para a reação com 4,0 mL da solução de NaOH . Para verificar se a reação é de primeira ordem construiu-se o gráfico de ln A x t(s). Desta m aneira o tratamento de dados a seguir fo i feito considerando os valores do gráfico. Se a reação em relação ao cristal violeta fosse de primeira o rdem, o gráfico deveria apresentar uma reta cujo coeficiente angu lar seria o valor de k, pois ln A = ln A 0 – k’ t onde o valor de k’ é negativo , pois a reta é decrescente. É importante lembrar que, conforme a tabela 1 , os valores de absorvância diminuem a medida que a reação ocorre. Quanto m enor for o v alor da ab sorvância, menor será a concen tração do cristal violeta . Isso a contece porque a medida que o produto é formado a solução passa de violeta para incolor, o que mostra que o produto não absorve luz na região do visível. Com o ob jetivo de obter o valor de k da rela ção k’ = k [OH -]m, calculou-se a concentração de OHComo há duas incógnitas nessa relação, o experimento fo i realizado novamente com uma concentração de OH- igual a 8,216. 10-3 mol/L. Os dados da tabela 2 foram obtido s através da mistura do cristal violeta com uma maior concentração de NaO H, com isso observa-se uma variação brusca nos valores de abso rvância. Ao aumentarmos a concentração d o reagente OH-, o e quilíbrio químico é deslocado para a formação do produto, aumentado a velocidade da reação. Os cálculos foram realizados de forma semelhante aos a presentados anteriormente. Obteve-se então: A partir das duas equações de reta podemos d escobrir o valor de m fazendo a divisão entre as duas equações da seguinte forma: Dividindo-se (1) por (2) temos que:

Quanto maior a absorbância?

Qual a absorbância máxima que deve ser trabalhada nas medidas de absorção?

Como saber a absorbância?

Como funciona o espectro de absorção?