Relatorio Cinética química- fatores que alteram a velocidade das reações PDF

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Relatório de físico química feito no ano de 2021 que já esta avaliado e pela avaliação do professor foi dito que a nota é de nota 9...

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Universidade do Vale do Paraíba Faculdade de Engenharia, Arquitetura e Urbanismo (FEAU) Química Bacharelado

Físico Química Experimental

Cinética química- fatores que alteram a velocidade das reações

Prof.ª Monica Duarte Vieira Del Core Torres Barbosa Turma: BQUI – 5UNA

Aluno: Eduardo Leite de Souza RA: 02010182 Aluno: Giulia Mariana Martins Rafael RA: 02010891 Aluno: Layane Mioralli Santos RA: 02010340

Data do experimento: 17/02/2021 Data de entrega: 28/02/2021

São Jose dos Campos-SP

Sumario 1-Fundamentos Teóricos ...........................................................2 2-Procedimentos .......................................................................2 2.A-Efeito da temperatura..........................................................3 2.B-Efeito da concentração dos reagentes ...............................4 2.C-Efeito do catalisador............................................................4 2.D-Efeito da superfície de contato ...........................................4 3-Resultados .............................................................................5 4-Discussões e Conclusão.........................................................7 6-Perguntas e Respostas ..........................................................7 7-Referências Bibliográficas ....................................................10

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Fundamentos Teóricos O termo “cinética” está referido a “movimento” quando se pensa nele a partir de seu conceito físico, porém, nas reações químicas, não acontece movimento, mas acontece mudanças de composição do meio reacional, nesta área nos estudamos sobre a velocidade das reações veja o que Silvia Lemes disse “A cinética química estuda a velocidade das reações e os fatores que a influenciam. Algumas reações são tão rápidas que parecem ser instantâneas, outras são mais lentas, levando horas, dias ou até vários anos para se completarem (SILVIA; LEMES, 2017)”, sendo assim a cinética química estuda a velocidade com que os reagentes são consumidos e a velocidade para a formação de produto e é sobre isso que iremos ler e estudar sobre neste relatório. Como foi dito foi Silvia Lemes ali em cima tem reações que demoram horas, dias ou anos e outras que são muito mais rápidas isso se deve a concentração molar dos reagente, a concentração molar é um dos fatores que interferem na velocidade da reação, isso se deve ai fator de que quanto maior concentração dos reagentes maior será o numero de colisões eficazes e como ao passar do tempo o reagente vira produto podemos ver que a concentração de reagente vai caindo e sendo assim caindo a velocidade de reação. Outro fator que altera a velocidade da reação é a superfície de contato que diz que quanto maior a superfície de contato, maior é a velocidade da reação, isso ocorre por conta das moléculas que na superfície dos reagentes, são elas que realizam as colisões e se elas forem efetivas elas iram quebrar as ligações químicas antigas e assim gerando uma formação nova, ou seja a reação química ocorrerá. Sendo assim quanto maior for a superfície de contato, mais moléculas estarão em contato umas com as outras, e assim aumentando a probabilidade de ocorrerem choques efetivos e mais rápida será a reação. Mais um fator que influencia na velocidade da reação é a temperatura que diz que quanto maior for o aumento de temperatura aumenta a energia cinética das moléculas sendo assim aumentando o número de colisões eficazes. E o ultimo fator que altera a velocidade das reações é o uso do catalisador ela funciona da seguinte forma, assim que você adiciona o catalisador na reação ele faz com que aja a diminuição da energia de ativação, deste modo fazendo com que a reação aconteça com maior facilidade

Procedimentos: Materiais Utilizados: Para essa etapa experimental serão utilizados os seguintes reagentes e materiais: − 3 Tubos de ensaio grandes − 1 Béquer de 400 ml 2

− 6 Tubos de ensaio pequenos − Ferro em pó; Fios de ferro − Zinco em pó; − Cristais de KNO3 (nitrato de potássio) − Proveta de 10mL; − Estante com tubos de ensaio; − Termômetro de 0 – 100 ºC; − Solução 0,01 Mol/L de KMnO4 (permanganato de potássio); − Solução 1,0 Mol/L de H2SO4 (ácido sulfúrico); − Solução 0,1 Mol/L de Na2S2O3 (tiossulfato de Sódio); − Solução 0,6 Mol/L de HCl (ácido clorídrico); − Solução 6,0 Mol/L de HCl;

Procedimentos Experimentais: Para ter melhor entendimento do experimento, iremos fazer uma descrição sequencial e detalhada do procedimento experimental: A) Efeito da temperatura

1° Em três tubos de ensaio grandes colocamos cerca de 10,0 ml de solução 0,01 Mol/L de KMnO4 e 1,0 ml de H2SO4 1,0 Mol/L 2° Colocamos cada tubo em uma temperatura diferente sendo: 1º tubo à temperatura ambiente, 2° Aquecido o segundo em banho Maria e chegamos à temperatura de 43°C e o 3º tubo aquecido diretamente na chama

3° Adicionamos um prego de ferro em cada um dos tubos no mesmo instante, submergindo a mesma quantidade de prego em cada tudo 4° Deixamos os pregos dentro das soluções por aproximadamente 15 minutos para ver o que acontece com as soluções 3

5° No final do tempo podemos perceber que o tubo 1 não tinha mudado de cor, o tubo 2 estava acinzentado, e o tubo 3 estava próximo do transparente B) Efeito da concentração 1° Em dois tubos de ensaio pequenos colocamos 5,0 ml de solução 0, l Mol/L de Na2S2O3 2° No primeiro tubo adicionamos 1,0 ml de HCl 6,0 mol/L e ao segundo tubo adicionamos 1,0 ml de HCl 0,6 mol/L no mesmo tempo 3° Observe e anote em qual deles aparece primeiro uma turvação amarelada devido ao enxofre formado e quanto tempo demorou cada uma das reações 4°Após pequeno tempo, o tubo 1 apresentou mais rapidamente a coloração turvação amarelada. C) Efeito do catalisador 1° Em dois tubos de ensaio pequenos colocamos um grânulo de zinco e l,0 ml de H2SO4 1,0 Mol/l 2° Logo que começou a iniciar desprendimento de H2 (bolhas), nos colocamos 2 gotas de KMnO4 0,0l Mol/L a cada um deles, e a um dos tubos adicione um pequeno cristal de KNO3 4°Observe e documente os fatos que se sucedem nos dois tubos de ensaio 5° Após curto tempo observamos que o tubo 1 apresentava muitas bolhas, enquanto o tubo 2 haviam quase nenhuma. D) Efeito da superfície de contato 1° Preparamos dois tubos de ensaio, cada um contendo 5,0 ml de solução 6,0 Mol/L de HCl 2° A um dos tubos adicionamos um prego de ferro pesando 0,603g e no outro tubo adicionamos a mesma quantia de ferro sendo ela dessa vez de pó de ferro 3° Agitamos os tubos de ensaio observamos o que acontece 4° Logo após um pequeno tempo nos observamos que o tubo 2 estava com a coloração turvada amarelada e que havia presença de bolhas, já no tubo 1, estava com a coloração transparente, mas bem pouco amarelado e com nenhuma presença de bolhas.

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Resultados Segue abaixo os cálculos do preparo das soluções: · Solução KMnO4 – 0,01 mol/l. N = m/mm 0,01 mol/l = m/1,58 g/mol mm= 1,58 g/l mm= 158,1g/mol · Solução H2SO4 - 1,0 mol/l. N= m/mm 1,0 mol/l=m/ 98,06g/mol mm= 98,06 g/l mm=98,06 g/mol

· Solução Na2S2O3 – 0,1 mol/l. N=m/mm 0,1 mol/l = m/158,12 g/mol mm= 15,81 g/l mm= 158,12 g/mol · Solução HCl – 0,6 mol/l e 6,0 mol/l mm= 36,45 g/mol N=m/mm 0,6 mol/l= m /36,45 g/mol m= 21,87 g/l · Experimento A: KMnO4 + H2SO4 1,58 --------- 1000 ml 98, 06 g ----------- 1000 ml X --------------- 30 ml Y ------------------------ 3 ml X =0,047 g Y = 0,294 g · Experimento B: Na2S2O3 + HCI 5

15,81 g --------- 1000 ml X ------------------- 10 ml X = 0,158 g

HCl 21,87 g ---------- 1000 ml X --------------------- 1 ml X = 0,021 g N= m/ mm 6,0 mol/l = m / 36,45 g/mol m= 218,7 g/l 218,7 g ---------- 1000 ml X -------------------- 1 ml X = 0,218 g

· Experimento C: H2SO4 + KMnO4 98,06 g --------- 1000 ml 1,58 g ---------- 1000 ml X --------------------- 1 ml Y -------------------- 0,5 ml X = 0,098 g Y = 0,0008 g

· Experimento D: HCl + Fe 218,7 g ---------- 1000 ml X -------------------- 10 ml X = 2,18 g

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Discussões e Conclusão A proposta deste relatório foi fazer uma abordagem sobre a cinética química e os fatores que influenciam na velocidade da reação, deste modo foram elaborados esses três experimentos como proposta de aula em EAD (Ensino A Distância) para que aja entendimento da matéria. Com isso obteve-se resultados satisfatórios nos conteúdos aplicados mesmo eles sendo EAD (Ensino A Distância) e longe do laboratório, mas independente da situação podemos perceber que são experimentos de serem fáceis de serem executados no laboratório e de provável elevado grau de aprendizado para os alunos.

Perguntas e Respostas 1. Explique por que o aumento da temperatura das reações químicas produz um aumento na sua velocidade. R: O aumento na temperatura aumenta a energia cinética das partículas dos reagentes, aumentando a quantidade de choques efetivos e a velocidade das reações. Quanto maior for a temperatura, maior será a velocidade de uma reação 2. Para a remoção de uma mancha de um prato de porcelana, fez-se o seguinte: cobriu-se a mancha com água fria e foram adicionadas algumas gotas de vinagre, permanecendo o prato nessas condições por uma noite. No dia seguinte, perce beuse que a mancha havia clareado levemente. Empregando apenas água e vinagre, sugira duas alterações no procedimento, de tal modo que a remoção da mancha possa ocorrer em tempo menor. Justifique cada uma das alterações propostas. R: Uma alteração sugerida seria adicionar mais vinagre na solução de vinagre com água para que assim aumente a concentração de ácido acético, já outra alteração possível seria misturar bicarbonato com vinagre e esperar reagir, gerando assim o ácido carbônico. 3. Por que o ferro na forma de palha de aço enferruja mais rapidamente que na forma de um prego? R: Ela enferruja mais rápido porque na palha de aço a superfície de contato é maior do que a do prego 4. Qual a causa dos comprimidos efervescentes se dissolverem mais rapidamente em água a temperatura ambiente que em água gelada? R: O comprimido efervescente dissolve mais rápido em água temperatura ambiente do que na água gelada porque quanto maior for a temperatura maior será a agitação das moléculas, sendo assim dissolvendo mais rápido o comprimido. 5. Explique por que um cigarro aceso é consumido mais rapidamente no momento da tragada? Explique 7

R: Porque no momento da tragada o fluxo de O2 (Oxigênio) é maior, o que faz com que aumente a velocidade da reação (combustão). 6. Por que os alimentos cozinham mais rapidamente em uma panela de pressão? R: Os alimentos cozinham mais rápido na panela de pressão, por conta da pressão gerada na panela isso faz com que aumente o P.E (ponto de ebulição) sendo assim acelerando assim o processo de cozimento. 7. Quando se mistura 2 volumes de H2 gasoso com 1 volume de O2 gasoso e uma faísca elétrica é incidida sobre essa mistura, a reação ocorre explosivamente conforme a seguinte equação estequiométrica, 2 H2(g) + O2 (g) → 2 H2O (g) e há grande liberação de energia. No entanto se essa mistura for adequadamente isolada de influências externas (faíscas elétricas, luz, ...) ela pode ser mantida por longo tempo, sem que a reação ocorra. Se, ao sistema isolado contendo a mistura gasosa forem adicionadas raspas de platina metálica, a reação também se processará explosivamente e, no final a platina adicionada permanecerá quimicamente inalterada. a) Porque no sistema isolado, antes da platina, não ocorre a reação de formação da água? R: Na verdade a reação ocorre, mas ela não é instantânea, por conta da velocidade desta reação ser muito baixa. b) Explique por que a platina adicionada ao sistema isolado faz com que a reação se processe rapidamente. R: Ao adicionarmos a platina ao sistema a reação é processada rapidamente porque a platina funciona como um catalisador desta reação sendo assim acelerando o processo.

8. A reação química do monóxido de carbono ocorre instantaneamente na presença de um catalisador adequado, sendo que um dos metais mais utilizados para esta reação é a platina. Explique o que ocorre com a energia de ativação da reação quando ela é realizada na presença de platina. R: No caso da platina a energia de ativação da reação diminui com a presença e com a diminuição da energia de ativação há o aumento da velocidade da reação 9. O gotejamento de uma solução de ácido sulfúrico sobre carbonato de cálcio sólido dá origem a uma reação química que pode ser realizada experimentalmente de três formas diferentes. O carbonato de cálcio pode se apresentar na forma de uma barra ou de diversos pedaços da barra ou em pó. O que você pode afirmar sobre a velocidade desta reação química quando realizadas nas três situações acima com as mesmas quantidades de ambos os reagentes?

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R: Podemos afirmar que as velocidades iram seguir este modelo: “pó>pedaços>barra”, pois quanto mais fragmentado o composto, maior será a superfície de contato para reagir, deste modo superfície com maior contato terá maior velocidade de reação.

10. Na Figura 1, as curvas I e II representam caminhos possíveis para a reação de hidrogenação do propeno.

Figura 1: Curvas de hidrogenação do propeno

a. Qual a curva que corresponde ao caminho de reação mais rápida? Por quê? R: A curva 1 é o caminho mais rápido para a reação, porque ela apresenta menor energia de ativação. b. Qual o fator responsável por essa diferença de velocidade? Explique. R: O que causa essa diferença de velocidade é o uso de algum catalisador, podemos perceber isso pela diferença de energia de ativação e o que tiver menor energia de ativação tem maior velocidade de reação. 11. O gráfico a seguir, figura 2, representa as variações das massas de um pequeno pedaço de ferro e de uma esponja de ferro (palha de aço usada em limpeza doméstica) expostos ao ar (mistura de N2, O2 e outros gases além de vapor d´água)

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Figura 2: Variações de massa de ferro exposto ao ar.

a. Por que as massas de esponja e de ferro aumentam com o tempo? Explique. R: As massas aumentam por conta do ferro reagir com o oxigênio do ar e do vapor d’água, deste modo, formando o óxido de ferro, e essa reação é chamada de oxidação. b. Qual das curvas corresponde à espoja de ferro? Justifique. R: A curva corresponde a esponja de aço é a curva B, porque podemos ver que ela apresenta maior superfície de contato com o ar e com os vapores d’água, e tendo maior superfície de contato terá maior velocidade de reação, sendo assim, no mesmo espaço de tempo oxidará mais ferro do que o pedaço de ferro, fazendo com que tenha uma maior massa.

Referências Bibliográficas CINÉTICA QUÍMICA: CONCEITOS E APLICAÇÃO DE ALGUNS EXPERIMENTOS EM LABORATÓRIO (SILVIA; LEMES, 2017) CINÉTICA QUÍMICA – COMPORTAMENTO DAS REAÇÕES QUÍMICAS, PPT (MONICA: DUARTE, 2021)

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