EXP_7 -Energia de ativação.pdf

DETERMINA ÇÃO DA ENERGIA ENER GIA DE ATIV ATIVAÇÃO AÇÃO DA REAÇÃO ENTRE Experimento 7 - DETERMINAÇÃO O PERSULF PERSU LFA ATO E O IODETO IOD ETO  Experimento apresentado pelos alunos Louise Garcia Garcia e João Paulo Batista, Daniel Salomão Nancy Rodrigues na disciplina Laboratrio de !"sico#$u"mica !"sico#$u"mica  Experimento re%isado re%isado e atuali&ado pelos alunos 'lan Roc(a Baggio e Gabriela Gabriela Gomes de 'ssis, 'ssis, bolsistas do  Programa  Programa de Bolsas RE)N* de Gradua+ão

1.

INTRODUÇÃO TEÓRICA Cinética qu!ica é " #$tu%" %" c"!&"'ta!#nt" %a (#)"ci%a%# %a$ '#a*+#$ #! ,un*-" %a$ %i,#'#nt#$ c"n%i*+#$ "u ,at"'#$ c"nc#nt'a*-" %"$ '#a/#nt#$0 t#!&#'atu'a0 #$ta%" ,$ic" %"$ '#a/#nt#$0 )u0 &'#$#n*a %# cata)i$a%"' "u ini2i%"'3 # quai$ "$ !#cani$!"$ %# %#$#n(")(i!#nt" %# u!a '#a*-". Ent#n%#4$#0 c"ntu%"0 &"' (#)"ci%a%# %# u!a '#a*-" qu!ica a 'a&i%# #! qu# $# ,"'!a! "$ &'"%ut"$ "u $# c"n$"!#! "$ '#a/#nt#$. A$ (#)"ci%a%#$ %a$ '#a*+#$ &#'!it#! &'#%i#' a c"!&"$i*-" %# u!a '#a*-" 5 !#%i%a qu# #)a $# %#$)"c %#$)"caa &a'a &a'a " #qui)2 #qui)2'i" 'i".. E)a$ E)a$ $-" #$tu%a #$tu%a%a$ %a$00 &'inci &'inci&a) &a)!#n !#nt#0 t#0 &a'a &a'a ac"!&a ac"!&an6a n6a'' "$ &'"c#$ &'"c#$$"$ $"$ !")#cu)a'#$ qu# "c"''#! na$ '#a*+#$. P"%#4$# '#)aci"na' a (#)"ci%a%# %# u!a '#a*-" c"! a c"nc#nt'a*-" %"$ '#a/#nt#$ c"! a )#i %# (#)"ci%a%#. Pa'a u!a #qua*-" qu!ica /#né'ica # #)#!#nta'

t#!4$# qu# a )#i %# (#)"ci%a%# %a '#a*-" %i'#ta é %a%a &"'7

"n%#0 qu# 8 é a c"n$tant# %# &'"&"'ci"na)i%a%# "u c"n$tant# %# (#)"ci%a%# t#! (a)"' c"n$tant# # $9 (a'ia c"! a t#!&#'atu'a : &"$$ui u! ;nic" (a)"' &a'a ca%a t#!&#'atu'a3< a # 2 c"n$titu#! "$ c"#,ici#nt#$ #$t#qui"!ét'ic"$ %"$ '#a/#nt#$ # a $"!a %#$$#$ (a)"'#$0 n" #=#!&)"0 '#&'#$#nta a "'%#! /)"2a) %a '#a*-" "2$7 n-" 6>0 n#c#$$a'ia!#nt#0 n#n6u!a '#)a*-" #nt'# a #$t#qui"!#t'ia %a #qua*-" $i!&)i,ica%a %# u!a '#a*-" # a $ua #qua*-" %# (#)"ci%a%#. I$t" $i/ni,ica qu# é i!&"$$(#) #$c'#(#' a #qua*-" %# (#)"ci%a%# %# u!a '#a*-" &#)a $i!&)#$ an>)i$# %a c"''#$&"n%#nt# #qua*-" qu!ica. A$ #qua*+#$ %# (#)"ci%a%# $-" %#t#'!ina%a$ a &a'ti' %# %a%"$ #=&#'i!#ntai$.Uti)i"u4$# a '#)a*-" #nt'# #$t#qui"!#t'ia # )#i %# (#)"ci%a%# n" t#=t" #! c"!#nt" c"!" ,"'!a #=&)icati(a # /#'a) %" qu# $# #$&#'a t#"'ica!#nt# &a'a u!a '#a*-" 6"!"/?n#a # #)#!#nta'3. N" inc inci" i" %" $écu $écu)" )" @@0 @@0 a &'i! &'i!#i #i'a 'a t#"'i t#"'iaa 2#!4 2#!4$u $uc# c#%i% %i%aa %# (#)" (#)"ci ci%a %a%# %#$$ %# '#a* '#a*-" -" ,"i ,"i %#$#n(")(i%a c"! 2a$# na t#"'ia cinética %"$ /a$#$. E$ta t#"'ia a%!it# qu#0 &a'a "c"''#' u!a '#a*-" #nt'# !")écu)a$ %# />$0 é n#c#$$>'i" qu# #$ta$ !")écu)a$ c")i%a! #nt'# $i c"! "'i#nta*-" # #n#'/ia a%#qua%a$. P"' #$t# !"ti("0 #$ta t#"'ia é c"n6#ci%a c"!" a t#"'ia %a$ c")i$+#$. N" !"!#nt" %a c")i$-" #,#ti(a #nt'# "$ '#a/#nt#$0 %# ac"'%" c"! #$$a t#"'ia0 "c"''# a ,"'!a*-" %" c"!&)#=" ati(a%" #$ta%" int#'!#%i>'i" n-" i$")>(#) %# #n#'/ia !ai"' qu# a %"$ &'"%ut"$ # a %"$ '#a/#nt#$3. A 2a''#i'a #n#'/ética #nt'# "$ '#a/#nt#$ # " c"!&)#=" ati(a%" é a #n#'/ia %# ati(a*-" qu# $# '#)aci"na c"! a c"n$tant# %# (#)"ci%a%# &"' !#i" %a #qua*-" %# A''6#niu$7  E a  R. 

−

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#! qu#0 A é " ,at"' %# ,'#q?ncia "u c"n$tant# %# A''6#niu$30 E a é a #n#'/ia %# ati(a*-"0 R é a c"n$tant# %"$ /a$#$ i%#ai$ # T é a t#!&#'atu'a a2$")uta. 1.1. O efeito da temperatura na velocidade das reações

A "'i/#! %a$ c"n$tant#$ %# (#)"ci%a%#$ #$t> inti!a!#nt# '#)aci"na%a c"! a %#&#n%?ncia %a t#!&#'atu'a na$ (#)"ci%a%#$ %# '#a*+#$. Muita$ '#a*+#$ ac"nt#c#! !ai$ 'a&i%a!#nt#0 quan%" a t#!&#'atu'a é au!#nta%a. E$ta a,i'!a*-" !"$t'a " a$&#ct" qua)itati(" %a t#!&#'atu'a. U! ac'é$ci!" %# 1B C aci!a %a t#!&#'atu'a a!2i#nt#0 ti&ica!#nt# %"2'a a (#)"ci%a%# %# '#a*-" %# #$&éci#$ "'/nica$ #! $")u*-". O #,#it" quantitati(" %a t#!&#'atu'a #! u!a (#)"ci%a%# %# '#a*-" ,"i i%#nti,ica%" &"' S(ant# A''6#niu$0 n" ,i! %" $écu)" @I@. E)# %#!"n$t'"u qu#0 #! u! %#t#'!ina%" int#'(a)" %# t#!&#'atu'a0 u!a )in6a '#ta #'a "2ti%a #! u! /'>,ic" %# )"/a'it!" %a c"n$tant# %# (#)"ci%a%# )n 83 %ersus " in(#'$" %a t#!&#'atu'a a2$")uta 1T3. Ou $#a0 13 A int#'$#*-" é %#$i/na%a &"' )n  ' # a inc)ina*-" &"' 4  EaR0 %# ac"'%" c"! a t#"'ia %a$ c")i$+#$. P"'tant"0 a #qua*-" #!&'ica %# A''6#niu$ é7 3 A$ %ua$ c"n$tant#$0  ' #  Ea0 $-" c"n6#ci%a$ c"!" "$ &a'!#t'"$ %# A''6#niu$ %a '#a*-" # $-" #nc"nt'a%"$ #=&#'i!#nta)!#nt#.  ' é %#,ini%" c"!" ,at"' &'é4#=&"n#ncia) #  Ea é a #n#'/ia %# ati(a*-".  ' # Ea $-" &'atica!#nt# in%#&#n%#nt#$ %a t#!&#'atu'a0 !a$ %#&#n%#! %a '#a*-" #$tu%a%a. 1.2. Usando a energia de ativação para predizer uma constante de velocidade

D# ,"'!a /#'a)0 #$&#'a4$# t#' c"n$tant#$ %# (#)"ci%a%# !#n"'#$0 #! t#!&#'atu'a$ !ai$ 2ai=a$. Su&"n6a %ua$ t#!&#'atu'a$ c6a!a%a$ %# .  # ./ # a #qua*-" %# A''6#niu$ a #)a$ a$$"cia%a$7

E)i!inan%" )n ' # $u2t'ain%" a $#/un%a #qua*-" %a &'i!#i'a0 t#!4$# a Equa*-" H7 H3 Ou $#a0 3 1.. Energia de !tivação da reação de oxi-redução do "2O#2- e do $-.

U! &a$$" i!&"'tant# n" &'"c#$$a!#nt" %# u!a '#a*-" qu!ica é a ,"'!a*-" %" c"!&)#=" ati(a%". E$$# c"!&)#=" é ,"'!a%" &#)a a$$"cia*-" %# u! n;!#'" %# !")écu)a$ %#n"!ina%" !")#cu)a'i%a%# %a '#a*-"30 #! u! &a$$" int#'!#%i>'i" %a '#a*-". O c"!&)#=" ati(a%" t#! u!a #n#'/ia $u&#'i"' a %"$ '#a/#nt#$ # é %#n"!ina%a #n#'/ia %# ati(a*-"0 in%ica%a na #qua*-" %# A''6#niu$. N#$$# #=&#'i!#nt"0 "2#ti(a4$# %#t#'!ina' a #n#'/ia %# ati(a*-" %a '#a*-" #nt'# " &#'$u),at" # " i"%#t" $"2 c"n%i*+#$ c"nt'")a%a$7 SOJ4aq3 K I4aq3  SO4aq3 K I

S# "$ "n$ i"%#t"$ #$ti(#'#! #! /'an%# #=c#$$"0 a '#a*-" qu!ica é %# &'i!#i'a "'%#! c"! '#)a*-" a"$ "n$ &#'$u),at"$0 $#n%" &#'!iti%" %#t#'!ina' a (#)"ci%a%# #$&#c,ica u$an%" a #qua*-"7 )nSOJ4" : )nSOJ4t  -t  "n%# SOJ4" é a c"nc#nt'a*-" inicia) # S OJ4t é a c"nc#nt'a*-" n" in$tant# &"$t#'i"'0 t 0 %# "n$ &#'$u),at"$. Fi=an%" u!a 'a-" c"n$tant# #nt'# a$ c"nc#nt'a*+#$ inicia) # ,ina)0 a #qua*-" ant#'i"' n"$ %i qu# " &'"%ut" -t  %#(# &#'!an#c#' c"n$tant#0 i$t" é7 )nSOJ4" : )nSOJ4t  )n SOJ4"  )nSOJ4t 3  c"n$tant# 

-t 

P"'tant"0 -   é in(#'$a!#nt# &'"&"'ci"na) a" t#!&" t'an$c"''i%" até qu# a '#a*-" atina u! /'au %# a(an*" &'é4#$c")6i%"0 i$t" é7

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cons tan te t 

Su2$tituin%" " '#$u)ta%" aci!a na #qua*-" %# A''6#niu$ t#!"$0  Ea

−

constante  R.  = ' . e - = t 

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E0 t"!an%" " )"/a'it!" natu'a) %a #qua*-" '#$u)tant# #nc"nt'a4$#7

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D# ac"'%" c"! a #qua*-" aci!a0 u! /'>,ic" %# é7  y = a + bx "n%#0 a )n  cons tan te =

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1

.   é u!a '#ta cua ,"'!a

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Pa'a a '#a*-" #$tu%a%a n#$t# #=&#'i!#nt"0 é &"$$(#) "2$#'(a' c"! a)/u!a &'#ci$-" " !"!#nt" #! qu# " !#i" '#aci"na) !u%a " &. I$t" "c"''# $#!&'# &a'a a !#$!a ,'a*-" '#$tant# %# S OJ4 # é '#(#)a%" &#)a !u%an*a %# c"' %" in%ica%"'. N#$t# #=&#'i!#nt"0 !a'ca4$# " t#!&" t 0 &a'a qu# a '#a*-" &'"%ua !u%an*a %# c"' na $")u*-"

 x

qu# '#a/# #! %i,#'#nt#$ t#!&#'atu'a$0 T0 # au$ta4$# u!a '#ta a" c"nunt" %# &"nt"$  y )n t  . A inc)ina*-" %a '#ta "2ti%a ,"'n#c# a #n#'/ia %# ati(a*-" &#)a '#)a*-"  Ea = bR . =

1 =

.  0

.

OETIVO D#t#'!ina' a #n#'/ia %# ati(a*-" # a #nta)&ia %a '#a*-" #nt'# &#'$u),at" %# $9%i" # i"%#t" %# &"t>$$i".

H.

INFORMAÇES SORE OS REAGENTES E EUIPAMENTOS P#'$u),at" %# $9%i" é u! c'i$ta) $9)i%" c"! ,"'t# &"%#' "=i%ant#0 i''ita a &#)#0 ")6"$ # !uc"$a$.

Oxidante

$rritante

Ti"$$u),at" %# $9%i" é uti)ia%" na in%;$t'ia %# ,"t"/'>,ica0 n"$ 2an6"$ ,i=a%"'#$ # n" cu'tu!#. N-" a&'#$#nta &#'icu)"$i%a%#. I"%#t" %# &"t>$$i" a&'#$#nta i!&"'tant# u$" #! t'ata!#nt"$ 'a%i"t#'>&ic"$0 a&'#$#nta4$# c"!" u! $a) 2'anc" qu# &"%# $# t"'na' a!a'#)" %#(i%" 5 "=i%a*-" %" i"%#t" a i"%".

%i - $rritante

Ta2#)a 1. D#$c'i*-" %# cu$t" %" #=&#'i!#nt" #n$ %# c"n$u!" #n$ !at#'iai$ P#'$u),at" %# $9%i" Ti"$$u),at" %# $9%i" I"%#t" %# &"t>$$i" S")u*-" %# a!i%" 4 4 4 4 4

.

uanti%a% # 4 4 4 4 4 4 4 4 P'"(#ta 1BB !L 1 E')#n!#W#' XB !L  a)an*a ana)tica 1 T#'!Y!#t'" 1 C6a&a %# aqu#ci!#nt" 1 Cu$t" t"ta)

Va)"' unit>'i"

Va)"' t"ta)

DESCRIÇÃO DA PRZTICA .1. P'#&a'# a$ $#/uint#$ $")u*+#$7 4 1BB !L %# i"%#t" %# &"t>$$i" [I3 B0XM< 4 1BB !L %# ti"$$u),at" %# $9%i" Na SOH3 B0BB1M< 4 1BB !L %# &#'$u),at" %# &"t>$$i" [ SOJ3 B0BBM< OS7 Ta!2é! $#'-" uti)ia%"$ /#)" # u!a $")u*-" %# a!i%" a 1\ 1B !L %#$$a $")u*-" $-" $u,ici#nt#$3.

..P'#&a'# " t#'!"$tat" #$ta2i)ian%" a t#!&#'atu'a inicia)!#nt# a 1B C0 &a'a a '#a)ia*-" %a $#/un%a !#%i%a ca$" " a2ai=a!#nt" %a t#!&#'atu'a %#!"'#0 a%ici"n# /#)" %# ,"'!a quantitati(a # a/ua'%# " #qui)2'i" té'!ic" ant#$ %# u!a n"(a a%i*-"3. .H. Ant#$ %# ,a#' a '#a*-" a 1B C0 ,a*a u!a !#%i%a na t#!&#'atu'a a!2i#nt# (#a " (a)"' n" t#'!Y!#t'" %" )a2"'at9'i"30 &a'a "2$#'(a' !#)6"' a c"' %" !"!#nt" ,ina) %a '#a*-". .. Pa'a i$$"0 c")"qu# #! u! #')#n!#W#' 1B !L %# i"%#t" %# &"t>$$i" # X !L %# ti"$$u),at" %# $9%i". E! u! $#/un%" #')#n!#W#'0 c")"qu# 1B !L %# &#'$u),at" %# &"t>$$i" # X /"ta$ %a $")u*-" %# a!i%". O$ #')#n!#W#'$ %#(#! $#' %# &'#,#'?ncia %# 1XB "u BB !L. .X. Mi$tu'# a$ %ua$ $")u*+#$0 !a'can%" i!#%iata!#nt# " t#!&" # a/itan%" a !i$tu'a 'a&i%a!#nt#. An"t# " t#!&" t'an$c"''i%" até qu# a $")u*-" '#$u)tant# !u%# %# c"'. .. D#&"i$ %a '#a*-" "2$#'(a%a na t#!&#'atu'a a!2i#nt#0 '#&ita " it#! . # )#(# "$ %"i$ #')#n!#W#'$ a" t#'!"$tat" a 1B "C # %#i=# a t#!&#'atu'a #$ta2i)ia'. An"t# a t#!&#'atu'a. OS7 Mai$ i!&"'tant# %" qu# c"n$#/ui' #$ta2i)ia' " t#'!"$tat" # "$ '#a/#nt#$ na t#!&#'atu'a &'é4 #$ta2#)#ci%a é '#/i$t'a' c"! &'#ci$-" " (a)"' %a t#!&#'atu'a "2ti%a. O$ (a)"'#$ %# t#!&#'atu'a %#(#! $#' '#/i$t'a%"$ #! [#)(in. .Q. A&9$ #$ta2i)ia*-" %a t#!&#'atu'a0 '#&ita " it#! .X. IMPORTANTE7 A (i$ua)ia*-" %a !u%an*a %# c"' &"%# $#' u!a ,"nt# %# #''" c"n$i%#'>(#). L"/"0 at#nt# &a'a a i)u!ina*-" %" )"ca) %a '#a)ia*-" %" #=&#'i!#nt"0 &"i$ a c")"'a*-" )#(#!#nt# !a''"! &'"(#ni#nt# %a ,"'!a*-" %" i"%" é !uita$ (##$ %i,ci) %# $#' "2$#'(a%a n" !"!#nt" %a (i'a/#!. OS7 An"ta' "$ t#!&"$ #! $#/un%". E=#!&)"7 U! t#!&" %# H !inut"$ #  $#/un%"$ %#(# $#' an"ta%" c"!" H = B K    $. .J. R#&ita " &'"c#%i!#nt" %#$c'it" &a'a a$ t#!&#'atu'a$ %# B0 HB # B "C. X.

PR]4RELATÓRIO X.1. uai$ $-" "$ #,#it"$ qua)itati(" # quantitati(" %a t#!&#'atu'a #! u!a (#)"ci%a%# %# '#a*-"^ X.. E=&)iqu# a #qua*-" %# A''6#niu$ # a $ua '#)a*-" c"! " c"!&)#=" ati(a%" # a #n#'/ia %# ati(a*-". X.H. E=&)iqu# #! t#'!"$ /#'ai$0 " qu# é a t#"'ia %a$ c")i$+#$ # c"!" #)a $# '#)aci"na c"! a #n#'/ia %# ati(a*-". X.. E=&)iqu# a '#a*-" %# "=i4'#%u*-" %" SOJ4 # %" I40 in%ican%" " a/#nt# '#%ut"' # " a/#nt# "=i%ant#. X.X. A #qua*-" %# A''6#niu$ $# a&)ica a&#na$ a"$ /a$#$^ u$ti,iqu#.

.

DICAS PARA A ELAORAÇÃO DO RELATÓRIO C")"qu# "$ '#$u)ta%"$ #! u!a ta2#)a0 c"!" n" #=#!&)" a2ai=".

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Ta2#)a 1. R#$u)ta%"$ %"$ #=&#'i!#nt"$0 na ,ai=a %# t#!&#'atu'a %# 1B a B _C. & 'o()

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.  . D#t#'!in# a C"!&)#t# a ta2#)a aci!a # ,a*a " /'>,ic" %#  y )n t   #! ,un*-" %# #n#'/ia %# ati(a*-" at'a(é$ %a inc)ina*-" %a '#ta0 uti)ian%" " (a)"' %# R  10`J ca) !") 41[41  &a'a #=&'#$$a' " '#$u)ta%" #! ca)"'ia$ &"' !").   Pa'a #nc"nt'a' a #qua*-" %a '#ta0  y = a + bx  qu# !ai$ $# a&'"=i!a %"$ &"nt"$0 &"%# $#' u$a%" " !ét"%" %"$ !ni!"$ qua%'a%"$0 "u $#a7 =

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( ∑  x i ) (∑  y i )− (∑  x i )( ∑  x i y i ) a=  N  ∑  x i − (∑  x i ) G

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( )( ) ) ( )

 N  ∑ x i  y i− ∑  x i ∑  y i b= G  N  ∑ x Gi − ∑  x i

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"n%# N  n;!#'" %# &a'#$ =0W3 %#t#'!ina%"$ n" #=&#'i!#nt". Q.

DESCARTE E TRATAMENTO E! &#qu#na$ quanti%a%#$ a n#ut'a)ia*-" %# i"%#t" %#(# $#' ,#ita c"! ti"$$u),at" %# $9%i"0 a&'"=i!a%a!#nt# X / %# i"%#t" %# &"t>$$i" c"! HBB !L %# ti"$$u),at" %# $9%i" \. A n#ut'a)ia*-" %#(# $#' ,#ita na &'#$#n*a %# B01 / %# ca'2"nat" %# $9%i"0 &"i$ c"! a c"!&)#ta n#ut'a)ia*-" %" i"%#t" a $")u*-" $# t"'na'> inc")"'. N#ut'a)i# a $")u*-" c"! ca'2"nat" %# $9%i" "u >ci%" c)"'%'ic" a n#ut'a)i%a%# &"%# $#' (#'i,ica%a c"! u! in%ica%"'3. A $")u*-" &"%# $#' %#$ca'ta%a na &ia. S# ti(#' c"nc#nt'a*-" #)#(a%a0 a $")u*-" %# i"%#t" &"%# $#' '#cic)a%a.

J.

ILIOGRAFIA 1. AT[INS0 P.. /sico-0u/mica0 (. 1. Ri" %# an#i'"7 Li('"$ Técnic"$ # Ci#nt,ic"$0 1```. . AT[INS0 P..< ONES0 L. rinc/pios de 0u/mica. .. F'##!an an% C"!&anW0 N#b "'8. E%it"'a ""8!an. P"'t" A)#/'#0 BB1. H. RUSSELL0 .. 0u/mica eral0 (. 0  #%.0 McG'ab4i))0 1``.