UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOSCENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

07.618-0 C - FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTALProf. Nerilso Bocchi

EXPERIMENTO 6 – Influência da Temperatura na Hidrólise do Acetato de Etila

Felipe Guedes Pucci 295450 Vitor Folster de Paula 295612

Introdução

Reações químicas sofrem influência de diversos fatores. É sabido que a temperatura é um dos fatores determinantes na determinação da velocidade de reação. A reação em questão nesse experimento é a hidrólise de Acetato de Etila catalisada em meio ácido.

Objetivos

Avaliar a reação de hidrólise do Acetato de Etila em três temperaturas, obtendo-se as constantes de velocidade, ordem de reação e entalpias e entropias de ativação através de titulações com as devidas medidas de tempo.

Fundamentação Teórica

Tem-se a reação de hidrólise do Acetato de Etila catalisada por ácido:

Acetato de Etila + Água + H+ ↔ Ácido Acético + Etanol + H+

Como essa é uma reação reversível, pode-se expressar as velocidades de consumo e produção de substâncias através da lei de velocidade:

Pode-se notar que essa seria uma reação de primeira ordem, contudo isso não é uma verdade absoluta, como será verificado no experimento.

Como se obtém experimentalmente a constante de reação k, torna-se possível obter a energia de ativação da reação, juntamente com o fator pré-exponencial através da equação de Arrhenius:

No começo do século XX Eyring e Polanyi desenvolveram uma equação equivalente que determina as entalpias e entropias de ativação:

Que pode ser reescrita:

Onde

k → Constante de Reação (s-1)

kb → Constante de Boltzman (1,380 6504 × 10−23 J*K)

T → Temperatura Absoluta

∆H → Entalpia de ativação

∆S → Entropia de ativação

R → Constante dos gases (8,31451 J/gmol K)

h → Constante de Planck (6,62606896×10−34 J*s)

Procedimento Experimental

Prepara-se uma solução de 500ml de hidróxido de sódio 0,25 mol/l usando-se uma solução padrão de 1 mol/l. Calculando:

Sendo necessário retirar 125ml da solução padrão de hidróxido de sódio e completar com água destilada os 375 ml restantes. Realiza-se o mesmo procedimento só que dessa vez para preparar 500ml de uma solução de ácido clorídrico 1mol/l, que no laboratório já consta padronizada.

Agora titula-se a solução preparada de ácido clorídrico com a própia solução preparada de hidróxido de sódio, para a titulação é necessário o uso do indicador ácido-base fenolftaleína. Realiza-se esse procedimento duas vezes para segurança dos dados obtidos.

Coloca-se 100ml de ácido clorídrico num erlenmeyer e adiciona-se 5ml de acetato de etila, aciona-se um cronometro quando já houver sido adicionado 2,5 ml de acetato. Todo o sistema estará com a temperatura controlada a 25°C.

Retira-se 5ml do meio reacional a cada 15 minutos 5 vezes, e para cada medida a aliquota é colocada num erlenmeyer com água e fenolftaleina a cerca de 0°C para brecar a reação e é realizado com o máximo de velocidade possível a titulação com o hidróxido de sódio preparado.

Repete-se os passos com as temperaturas de 35°C e 45°C.

Resultados e Discussão

Experimentalmente se obteve os volumes necessários para a titulação das soluções reacionais em cada uma das temperaturas:

Tabela 1: Dados do volume de NaOH adicionado em ml (Vt), para cada meio reacional em seu devido valor de temperatura e tempo de reação.

Tempo (min.)

21°C 35°C 48°C

0 20,4 21,7 22,75

30 21,35 23,2 26,05

45 22,3 24,5 27,45

60 23,1 25,95 28,1

75 23,25 26,5 28,45

Se calcula o V∞ a partir da equação a seguir, tal que V∞ = 32,76387 ml:

Onde:

V∞ → Volume total de hidróxido de sódio 0,25 M necessário para titular o ácido clorídrico e acético produzidos na hidrólise.

Vx → Volume de NaOH 0,25 M necessário para neutralizar uma alíquota de 5 ml de ácido clorídrico.

Vs → Volume de solução, formado por 100 ml de ácido clorídrico mais a adição de 5 ml de Acetato de Etila, o que não corresponde a 105 ml e sim a 104,6 ml devido à não idealidade da solução que se contrai com a dissolução dos componentes.

ρ2 → Densidade do acetato de etila (0,92454 g/ml a 25°C e 0,91183 g/ml a 35°C).

M → Concentração da solução de NaOH 0,25 mol/l

M2 → Massa molar do acetato de etila

Tabela 2. Diferença V∞-Vt e valor logaritmico para construção do gráfico para determinação de k

Tempo (min.)21°C 35°C 48°C

V∞-Vt log (V∞-Vt) V∞-Vt log (V∞-Vt) V∞-Vt log (V∞-Vt)

0 11,96387256 1,077871778 10,6638726 1,0279149 14,56387 1,1632769

30 10,06387256 1,002765128 10,3638726 1,0155221 11,66387 1,0668428

45 9,313872556 0,969130291 9,76387256 0,9896221 11,31387 1,0536113

60 9,213872556 0,964442201 9,16387256 0,962079 7,413873 0,8700451

75 9,133872556 0,960654948 8,46387256 0,9275691 5,763873 0,7607144

Gráfico 1. Valores de log (V∞-Vt) por tempo

O coeficiente angular da reta de ajuste é a contante k, para cada temperatura temos um valor de k:Tabela 3. Valores de k para cada temperatura

k (s-1)Temperatura

(°C)-2,74E-05 21-5,79E-05 35-8,40E-05 48

A partir da curva de Arrhenius se obtêm o coeficiente linear Ea/R como consta abaixo:

Gráfico 2. Curva de Arrhenius

Tal que Ea = 32767,48 KJ/mol, através da equação de Eyring e Polanyi se consegue obter os valores de diferença entalpia e entropia da reação.

Gráfico 3. Curva de Eyring

Nessa reta o coeficiente angular representa -∆H/R e o coeficiente linear ln(kb/h) + ∆S/R. Logo:

Conclusões

Realmente a temperatura alterou o coeficiente de reação de maneira satisfatória como previsto pela teoria. A ordem de reação é de fato é 1, já que quando plotados os valores de V tem-se uma reta. A principal fonte de erros provavelmente ocorria quando se retirava a amostra e a colocava em gelo para titulação. Nesse momento a reação não para completamente, surgindo uma forte fonte de erros.

Bibliografia

http://en.wikipedia.org/wiki/

ATKINS, Peter William, 1940-. Fisico-quimica : fundamentos. [Elements of physical chemisty]. Edison Clemente da Silva (Trad.). 3 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2003. 476 p

∆H (J/mol) ∆S (J/mol K)30214,098 -172,972