UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS DEPART DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA EN GENHARIA QUÍMICA QUÍMIC A
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA DAS REAÇÕES
Experie!"# $ Re%"#re& I'e%i& ( B%"e)%'% Pr#*+, A'ri%!% P%-)% Ferreir%
Guilherme M. Palma
RA 417386
Leonardo L. E. Santo
RA 417459
Letíia Arthu!
RA 499"64
Maro #. $u%u&a
RA 417'89
Rodri(o $a)ardo $il(ueira!
RA 417343
*hia(o R. Antoniolli
RA 4174'4
S.# C%r)#&/ 01 'e #-"-2r# 'e 0345
Sum+rio ,-)etio!.................................... ,-)etio!........................................................... .............................................. .............................................. .............................................. ...................................... .................3 ..3 1.
/ntrodu0o............................... /ntrodu0o...................................................... .............................................. .............................................. ..........................................................3 ...................................3
'.
Materiai! e M2todo!.................................... M2todo!........................................................... .............................................. .............................................. ...................................... ...............44
3.
4.
'.1
Prearo! Prearo! da! !olu0 !olu0e!... e!........ .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ............. ................. ................... ...........5 .5
'.'
Aomanhamento Aomanhamento da rea0o................................ rea0o....................................................... .............................................. ...........................................5 ....................5
'.3
*ratam *ratamento! ento! do! dado!..... dado!.......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .............. .........66
'.3.1
M2todo M2todo ieren ierenial.. ial....... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... .......... .............. .............6 ....6
'.3.'
M2todo /nte(ral.............................. /nte(ral.................................................... ............................................. .............................................. ....................................... ................77
'.3.3
etermin etermina0 a0oo do! armetro! armetro! da eua0o de Arrheniu!. Arrheniu!...... .......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... .......... ............ .......88
Re!ultado!............................... Re!ultado!...................................................... ............................................. ............................................. ...........................................................9 ....................................9 3.1
A)u!te! A)u!te! reali realiado! ado! elo M2todo M2todo ier iereni enial.... al......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... ........... .........1" ...1"
3.'
A)u!te! A)u!te! realiad realiado! o! ara o M2todo M2todo /nte(ral.. /nte(ral....... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... ......... ........... ................. .................1 .......1''
3.3
etermin etermina0 a0oo da ordem (lo-al (lo-al da rea0o... rea0o....... ......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ..........1 .....144
3.4
etermin etermina0 a0oo da Ener(ia Ener(ia de Atia0 Atia0o... o........ .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... ............. .........15 .15
3.5
ado!! da Literatura ado Literatura..... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ............. ..........19 ..19
i!u!!e!................................. i!u!!e!........................................................ ............................................. ............................................. .............................................. ................................'1 .........'1
#onlu!o.............................. #onlu!o..................................................... .............................................. .............................................. .............................................. ...........................................'4 ....................'4 :i-lio(raia............................. :i-lio(raia................................................... ............................................. .............................................. .................................................................'5 ..........................................'5
O26e"i7#& , e;erimento realiado tee omo o-)etio a an+li!e de dado! da rea0o em -atelada do orante ri!tal ioleta om a -a!e hidr<;ido de !
'
on!tante! in2tia!= ordem de rea0o e ener(ia de atia0o. A
4+ I! I!"r "r#' #'-8 -8.# .# Para a determina0o da ordem de uma rea0o r ea0o 2 o!!íel !e utiliar a mudan0a de olora0o do meio reaional omo armetro a !er e!tudado. A mudan0a da olora0o da !olu0o e!t+ relaionada > aria0o da onentra0o de erta !u-!tnia ue ont2m or no meio. Pode?!e aliar= or e;emlo= a t2nia da e!etrootometria ara a o-ten0o da onentra0o da e!2ie em !olu0o. e aordo om a lei de Lam-ert?:eer= a radia0o inidente !o-re um líuido= ao !er erorrido or um ei;e lumino!o= 2 maior do ue a radia0o emer(ente= e e!!a dieren0a= orre!ondente > ener(ia a-!orida= aria de aordo om a onentra0o da !u-!tnia a-!orente re!ente no meio. Portanto= odemo! o-!erar a-ai;o ue a a-!or-nia e!t+ diretamente relaionada > onentra0o da !u-!tnia ue a-!ore a ener(ia= ao aminho
I I 0
¿ ε A . C A . w
@1
Em ue= A 2 a a-!or-nia= / " e / !o a! inten!idade! da lu entrando e !aindo= re!etiamente= da !olu0o= B A rere!enta o oeiiente de e;tin0o molar e C o aminho
3
A lei de eloidade ara e!!a rea0o ode !er e;re!!a da !e(uinte ormaF −¿ ¿
OH
¿ ¿
v=
−d [ CV ] ] dt
@' n
=k [ CV ] ] ¿
Em ue %= n e m !o armetro! de!onheido!. de!onheido!. Para e!te e;erimento= temo! omo hi
n
@3
,ndeF −¿
¿
OH
¿ ¿ k 2= k ¿
@4
A determina0o determina0o da ordem de rea0o r ea0o e da! on!tante! de eloidade ode !er eita a artir do! m2todo! dierenial e inte(ral de an+li!e do! dado! o-tido!= a ener(ia de atia0o 2 retirada da eua0o de Arrheniu! lineariada.
0+ M% M%"e "eri ri%i& %i& e M9 M9"# "#'# '#&& a realia0o do e;erimento oram utiliado! o! !e(uinte! !e(uinte! materiai!F 4
• • • • • • • • • • •
Solu0o de ri!tal ioleta 1 (L Solu0o de hidr<;ido de !
0+4
Prep%r#& '% '%& )-8:e&
A! rimeira! !olu0e! a !erem rearada! oram 5" mL de a,H "="1 molL e "='5 molL. Para a rimeira !olu0o= ietou?!e '" mL da !olu0o de e!toue em um -alo olum2trio de 5" mL omletando o olume om 3" mL de +(ua de!tilada. A !olu0o de a,H "='5 molL )+ tinha a me!ma onentra0o da !olu0o de e!toue= !endo nee!!+rio aena! omletar omletar o olume do -alo olum2trio om a me!ma. Em !e(uida rearou?!e a rimeira !olu0o de ri!tal ioleta ara a rea0o= de onentra onentra0o 0o de 4=9N1"O?5 molL. $oram adiionado! 1 mL da !olu0o de e!toue de ri!tal ioleta em um -alo olum2trio de 5" mL= tendo !eu olume omleto om +(ua de!tilada. E!!a onentra0o oi e!olhida de maneira a manter o a,H em (rande e;e!!o na rea0o.
0+0
A;#p%!<%e!"# '% re%8.#
#om a! !olu0e! de ri!tal ioleta e hidr<;ido de !
0+=
Tr%"%e!"#& '# '#& '% '%'#&
$oi orneida a ura de ali-ra0o= e;re!!a na eua0o 5= ara a onentra0o de ri!tal ioleta em un0o da a-!or-nia medida no aarelhoF |¿|49752,07 ∗CV
@5
F IGURA IGURA 2. C URVA URVA DE DE CALIBRAÇÃO CALIBRAÇÃO PARA CONCENTRAÇÃO DE DE CRISTAL CRISTAL VIOLETA ".6 ".5 ".4
A-!or-nia
@; 4975'."7; RS 1
".3 ".' ".1 " "."EQ""
'."E?"6
4."E?"6
6."E?"6
8."E?"6
1."E?"5
1.'E?"5
#onent ra0o de #K @molL @molL
A artir do! dado! o-tido! de a-!or-nia durante a rea0o= alulou?!e a onentra0o de ri!tal ioleta no deorrer do temo om a eua0o 5. Para Para o trat tratam amen ento to do! do! dado dado!! in2 in2ti tio o!! ole oleta tado do!! utili utilio ou? u?!e !e o! m2to m2todo do!! diere diereni nial al e inte(r inte(ral. al. , m2tod m2todoo diere diereni nial al determ determina ina a! eloi eloidad dade! e! de rea0o rea0o diretamente ela! deriada! da ura in2tia e;erimental. T+ o m2todo inte(ral reuer ue !e !uonha um alor ara a ordem de rea0o e= atra2! do! re!ultado! da re(re!!o linear o-tido!= )ul(ar !e a !uo!i0o eita oi !ati!at
0+=+4 0+ =+4 M9 M9"# "#'# '# Di* Di*er ere! e!;i ;i%) %) , m2todo dierenial ode !er utiliado uando a rea0o 2 irreer!íel e !e a eloidade de rea0o deende e!!enialmente da onentra0o de um rea(ente. r ea(ente. Em uma rea0o om a! araterí!tia! de!rita! temo!F 6
−r A= k 2∗C A
n
@6
Em um reator -atelada i!ot2rmioF dCa dt
=−k 2∗C A
n
@7
Aliando o lo(aritmo natural em am-o! o! lado! na eua0o anterior temo!F
ln
( ) dCa dt
=ln k 2 + n∗ln C A
@8
#om a eua0o lineariada= odemo! o-ter o alor da ordem de rea0o U em um (r+io de ln @d# Adt or ln @#A. A o-ten0o o-ten0o do! dado! de d#Adt oi eita atra2! da! !e(uinte!
( ) d C A dt
=
t 0 0
−3∗C A 0 + 4∗ C A 1 −C A 2 2∗ Δ t
@9
Ponto! intermedi+rio!F
( ) d C A dt
ti
=
1 2∗ Δ t
∗( C A (t +1) −C A ( t −1) )
@1"
Vltimo ontoF
( ) d C A dt
= f
1
∗( C A ( f − − 2) + 4∗C A ( f −1 ) + 3∗C Af )
@11
2∗ Δ t
0+=+ 0+ =+00 M9 M9"# "#'# '# I! I!"e "e>r >r%) %)
7
, !e(undo m2todo utiliado ara !uor a ordem de rea0o oi o m2todo inte(ral. e!te m2todo= !o !uo!ta! orden! de rea0o= a eua0o da eloidade de rea0o 2 inte(rada e eriia?!e ual ordem de rea0o lea a um melhor a)u!te do! dado!. A artir artir da! eua0e! ' e 3 o-tee?!e a eua0o 1'= a-ai;o. E!ta oi inte(rada= omo india a eua0o 13. −d [ CV ] ] dt [ CV ]
=k 2∗[ CV ] ]n
d [ CV ]
∫
[ CV ] ]
n
[CV ]0
@1'
t
=−k 2∗∫ dt
@13
t 0
A e;re!!o re!ultante da re!olu0o da eua0o 13 deende do alor de n= ue orre!onde > ordem de rea0o= na me!ma. Para n"= o-t2m?!e a rela0o e;re!!a na eua0o 14= enuanto ue ara n 1 temo! a e;re!!o mo!trada na eua0o 15. T+ ara n '= tem?!e a e;re!!o dada na eua0o 16.
[ CV ] ]=[ =[ CV ]0−k 2 t
@14
ln [ CV ] ] =ln [ CV ] ] 0− k 2 t
@15 1
[ CV ]
−
1
[ CV ] ]0
= k 2 t
@16
0+=+= De"er De"eri!%8.# i!%8.# '#& p%r?e" p%r?e"r#& r#& '% '% e@-%8.# e@-%8.# 'e 'e Arr
( ) − Ea
@17
RT
Lineariando a eua0o anterior temo!F
8
1 ln k =ln A −
∗ Ea
T
@18
R
Em ue R 2 a on!tante do! (a!e! ideai! @1=98.1" ?3 %al.mol?1.W ?1. A!!im= tra0ando um (r+io do lo(aritmo neeriano da! on!tante! in2tia! elo iner!o da temeratura= 2 o!!íel enontrar o alor da ener(ia de atia0o elo oeiiente an(ular da reta. Enontra?!e tam-2m a on!tante r2?e;onenial A elo oeiiente linear = omo mo!trado a !e(uirF b=
− Ea R
Ea =−b∗ R
⇒
c =lnA ⇒ A = e
@19
c
@'"
=+ Re&&-)" )"%' %'##& urante a r+tia= aomanhou?!e o de!enolimento da rea0o entre o #ri!tal Kioleta Kioleta e o Hidr<;ido de S
N%OH 3/343 #)L A ! CV #)L "=996 '=""E?"5 "=913 1=84E?"5 "=854 1=7'E?"5 "=785 1=58E?"5 "=715 1=44E?"5 "=675 1=36E?"5 "=6'6 1='6E?"5 "=573 1=15E?"5 "=53 1="7E?"5
" & " 6" 1'" 18" '4" 3"" 36" 4'" 48"
N%OH 3/305 #)L A ! CV #)L "=953 1=9'E?"5 "=777 1=56E?"5 "=674 1=35E?"5 "=549 1=1"E?"5 "=457 9=19E?"6 "=397 7=98E?"6 "=33' 6=67E?"6 "='94 5=91E?"6 "='6" 5='3E?"6 9
54" 6"" 66" 7'" 78" 84" 9""
"=5"6 "=489 "=459 "=431 "=398 "=37 "=35
1="'E?"5 9=83E?"6 9='3E?"6 8=66E?"6 8=""E?"6 7=44E?"6 7="3E?"6
54"
"=''9
4=6"E?"6
A!!im= om o! dado! de onentra0e! do ri!tal ioleta o-tido! ao lon(o do temo= oi o!!íel determinar a ordem de rea0o ara ada rea(ente e a on!tante de eloidade da rea0o. oi! m2todo! oram utiliado! ara determinar tai! armetro!= o m2todo inte(ral e o dierenial.
=+4 A6-&" A6-&"e& e& re%)i re%)i%'#& %'#& pe)# M9"#' M9"#'## Di*ere Di*ere!;i%) !;i%) , m2to m2todo do die dieren reni ial al oi oi utili utilia ado do om om intu intuit itoo de !e o-te o-terr uma uma rim rimei eira ra e!timatia da ordem da rea0o. A i(ura 4 e 5 ontYm o! alore! utiliado! ara a on!tru0o do! (r+io! do m2todo dierenial ara a! onentra0e! de "="1" molL e "="'5 molL de a,H= re!etiamente. A! i(ura! 6 e 7 mo!tram o! (r+io! ara a e!timatia da ordem de rea0o om rela0o ao #K @n e da on!tante de eloidade %'. F IGURA IGURA !. D ADOS UTILI"ADOS PARA OBTENÇÃO DO DO A#USTE A#USTE CIN$TICO CIN$TICO PELO M$TODO DIFERENCIAL PARA %N AOH&'0,010 MOL /L. " & " 6" 1'" 18" '4" 3"" 36" 4'" 48" 54" 6"" 66" 7'" 78" 84" 9""
'CV'" ?3=18'45E?"8 ?'=37846E?"8 ?'=14396E?"8 ?'=3'8'1E?"8 ?1=84'47E?"8 ?1=49"73E?"8 ?1=7"847E?"8 ?1=6"797E?"8 ?1=1'''3E?"8 ?6=86739E?"9 ?7=87'37E?"9 ?9=71484E?"9 ?1="'173E?"8 ?1="'173E?"8 ?8="3987E?"9 ?5=35991E?"9
)!('CV'" ?17='63"3"3 ?17=554''731 ?17=658"'411 ?17=57558"44 ?17=8"9574"1 ?18="'1418 ?17=885"8156 ?17=9457"618 ?18=3"536175 ?18=79648'3 ?18=6599"677 ?18=44961136 ?18=39918"51 ?18=39918"51 ?18=63885336 ?19="4431847
)!CV ?1"=8188 ?1"=9"58 ?1"=97'6 ?11="569 ?11=15"3 ?11='"78 ?11='83' ?11=3717 ?11=4497 ?11=496 ?11=53"' ?11=5935 ?11=6565 ?11=7361 ?11=8"91 ?11=8646 1"
F IGURA IGURA . D ADOS UTILI"ADOS PARA OBTENÇÃO DO DO A#USTE A#USTE CIN$TICO CIN$TICO PELO M$TODO DIFERENCIAL PARA %N AOH&'0,02 MOL /L. " & " 6" 1'" 18" '4" 3"" 36" 4'" 48" 54"
'CV'" ?7=11863E?"8 ?4=67317E?"8 ?3=81894E?"8 ?3=63469E?"8 ?'=54596E?"8 ?'="937'E?"8 ?1=7'5''E?"8 ?1='"598E?"8 ?1="8873E?"8 ?9=88'34E?"9
)!('CV'" ?16=457965' ?16=87884'59 ?17="8"7"874 ?17=13"157"' ?17=48617385 ?17=68174"63 ?17=8753'538 ?18='33388'5 ?18=3356671 ?18=43'51693
)!CV ?1"=86'9 ?11="671 ?11='"93 ?11=4145 ?11=5979 ?11=7386 ?11=9174 ?1'="39 ?1'=1619 ?1'='888
F IGURA IGURA (. GR)FICO PARA O A#USTE A#USTE CIN$TICO CIN$TICO PELO M$TODO DIFERENCIAL PARA %N AOH& ' 0,010 MOL /L. @; a ln@; ?15 ?15 R a ?16 ?16 ?17 ?17
)!('CV'"
@; 1.44; ? 1.75 R ".86
?18 ?18 ?19 ?19 ?'" ?'" ?'1 ?'1 ?11.9
?11.7
?11.5
?11.3
?11.1
?1".9
?1".7
?1".5
)!CV
11
F IGURA IGURA *. GR)FICO PARA O A#USTE A#USTE CIN$TICO CIN$TICO PELO M$TODO DIFERENCIAL PARA %N AOH& ' 0,02 MOL /L. @; a ln@; ?15.5 R a ?16 ?16 ?16.5 ?17 ?17
@; 1.37; ? 1.61 R ".98
)!('CV'" ?17.5 ?18 ?18 ?18.5 ?19 ?19 ?1'.5 ?1'.3 ?1'.1 ?11.9 ?11.7 ?11.5 ?11.3 ?11.1 ?1".9 ?1".7 ?1".5
)!CV
e aordo om a eua0o 8= o! oeiiente! an(ulare! e lineare! da! reta! o-tida! no! (r+io! are!entado! na! i(ura! 6 e 7 rere!entam a ordem de rea0o n e ln %'= re!etiamente. A!!im= a ordem e!timada e %' o-tido! elo m2todo dierenial ara a! dierente! onentra0e! de a,H !e enontram na i(ura 8. F IGURA IGURA +. ORDEM RDEM ESTIMADA ESTIMADA E E 2 OBTIDOS PELO M$TODO DIFERENCIAL N%OH #)L "="1" "="'5
! 1=44' 1=371
0 "=44'.
"=17464 L mol?"=44'.!?1 "='""69 L"=371.mol?"=371.!?1
=+0 A6-&" A6-&"e& e& re%)i re%)i%'#& %'#& p%r% # M9"#'# M9"#'# I!"e> I!"e>r%) r%) A im de determinar a ordem de rea0o om rela0o a ada um do! rea(ente!= o ordem (lo-al da me!ma e a! on!tante! de eloidade ne!!e e!tudo= reorreu?!e ao m2todo inte(ral= !uondo ordem de rea0o 1 e ' ara am-a! onentra0e!. ,! dado! utiliado! ara o-ten0o do! a)u!te! !e enontram na! i(ura! 9 e 1". ,! a)u!te! o-tido! ara am-a! a! onentra0e! onentra0e! !e enontram na! na! i(ura! de 11 11 a 14. F IGURA 1 E 2 2 PELO M$TODO IGURA -. D ADOS UTILI"ADOS PARA OBTENÇÃO DOS DOS A#USTES A#USTES DE DE ORDEM ORDEM 1 INTEGRAL PARA %N AOH&'0,010 MOL /L. #r'e 4
#r'e 0 1'
" & " 6" 1'" 18" '4" 3"" 36" 4'" 48" 54" 6"" 66" 7'" 78" 84" 9""
)!C7# CV " "="87" "=1538 "='381 "=3315 "=389" "=4644 "=55'9 "=63"9 "=677' "=7114 "=7747 "=8376 "=9173 "=99"' 1="458
4CV 49951=88 5449'=96 58'57=69 63378=43 69583=31 737"6=77 79476=15 868'7=35 93871=83 983'4='5 1"174'=47 1"839'=31 115434="4 1'5""5='" 134465="5 14'148=77
F IGURA 1 E 2 2 PELO M$TODO IGURA 10. D ADOS UTILI"ADOS PARA OBTENÇÃO DOS DOS A#USTES A#USTES DE DE ORDEM ORDEM 1 INTEGRAL PARA %N AOH&'0,02 MOL /L. " & " 6" 1'" 18" '4" 3"" 36" 4'" 48" 54"
#r'e 4 )!C7# CV "="""" "='"4' "=3464 "=5515 "=7349 "=8757 1="545 1=176" 1='989 1=4'59
#r'e 0 4CV 5''"5=74 64"3"=98 73816=13 9"6'3="8 1"8866=67 1'53'"="8 149855=63 169''4=73 191354=1' '17'57=95
13
F IGURA 1 PELO M$TODO INTEGRAL PARA IGURA 11. GR)FICO PARA O A#USTE A#USTE CIN$TICO CIN$TICO DE DE ORDEM ORDEM 1 %N AOH& ' 0,010 MOL /L. 1.' 1 @; "; R 1 ".8
ln@#oI#KI ".6 ".4 ".' "
"
1 ""
'""
3" "
4 ""
5""
6" "
7 ""
8" "
9 ""
1"""
*emo *emo @!
F IGURA 2 PELO M$TODO INTEGRAL PARA IGURA 12. GR)FICO PARA O A#USTE A#USTE CIN$TICO CIN$TICO DE DE ORDEM ORDEM 2 %N AOH& ' 0,010 MOL /L. 16"""" 14"""" 1'"""" @; 1"".51; Q 4571'.36 R ".99 1"""""
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8"""" 6"""" 4"""" '"""" "
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5 ""
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9""
1 """
*emo *emo @!
14
F IGURA 1 PELO M$TODO INTEGRAL PARA IGURA 13. GR)FICO PARA O A#USTE A#USTE CIN$TICO CIN$TICO DE DE ORDEM ORDEM 1 %N AOH& ' 0,02 MOL /L. 1.6 1.4 @; "; R 1 1.' 1
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".8 ".6 ".4 ".' "
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*emo @!
F IGURA 2 PELO M$TODO INTEGRAL PARA IGURA 1!. GR)FICO PARA O A#USTE A#USTE CIN$TICO CIN$TICO DE DE ORDEM ORDEM 2 %N AOH& ' 0,02 MOL /L.
1#KI
'5"""" ''5""" '""""" @; 3"7.87; Q 4113".'6 175""" R ".99 15"""" 1'5""" 1""""" 75""" 5"""" '5""" " " 1"" '" "
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*emo *emo @!
3.3
De"eri!%8.# '% #r'e >)#2%) '% re%8.#
Para determinar determinar ordem de rea0o rea0o em rela0o rela0o ao a,H @m= a ordem (lo-al (lo-al da rea0o @nQm e a on!tante de eloidade (lo-al @%= re!oleu?!e um !i!tema de dua! eua0e! i(ualando?!e a Eua0o ' lineariada= dada or 4= ara a! onentra0e! de "="1" molL e "="'5 molL e o! alore! de %' o-tido! elo m2todo inte(ral= utiliando? !e a erramenta Soler. A eua0o lineariada e o re!etio !i!tema e!t+ rere!entado ela eua0o eua0o '1.
15
−¿ =0,010 OH ¿
mol L
¿
−¿ =0,025
@'1
mol L
¿
OH ln k 2 −m∗ln ¿ 1
F IGURA R EAÇÃO IGURA 1. DETERMINAÇÃO DA ORDEM RDEM DE DE R EAÇÃO EM EM RELAÇÃO RELAÇÃO AO AO N AOH E E CONSTANTE CONSTANTE DE DE T'30C. VELOCIDADE GLOBAL VELOCIDADE GLOBAL EM T'30C. N%OH #)L "="1" "="'5
0 &(4
S#)7er 3
)!
"=""1'" "=""'79
"=9'"8
"=""
?'=485"
"="833
A!!im= n Q m 1=9'"8.
3.4 Determina Determinação ção da da Energia Energia de Ativação
A im de determinar a Ener(ia de Atia0o= utiliou?!e da eua0o de Arrheniu! lineariada= e;re!!a ela eua0o 18. A artir do! dado! de outro! doi! (ruo! em um me!mo me!mo reator reator enami enami!a !ado do > teme temeratu ratura! ra! di!tin di!tinta! ta!== 2 o!!í o!!íel el lotar lotar o lo(ari lo(aritmo tmo neeriano da! on!tante! in2tia! em un0o do iner!o da! temeratura!. ,! dado! e;erimentai! e alulado! ara o-ten0o da! on!tante! in2tia! ara dierente! onentra0e! de a,H na! temeratura! de 15Z# e 35Z# !e enontram na! i(ura! 16 e 17= re!etiamente. F IGURA IGURA 1(. D ADOS EPERIMENTAIS E E DADOS DADOS UTILI"ADOS PARA OBTENÇÃO DOS DOS A#USTES A#USTES DE 1 PELO M$TODO INTEGRAL PARA DUAS CONCENTRAÇÃO DE N N AOH 1C. ORDEM 1 N%OH " &
3/33=0
#)L
A !
CV #)L
" 1'" '4" 36" 48" 6""
"=314 "=3"5 "=3"4 "='96 "='98 "='97
6=31E?"6 6=13E?"6 6=11E?"6 5=95E?"6 5=99E?"6 5=97E?"6
)!C7# CV "="""" "="'91 "="3'4 "="59" "="5'3 "="557
N%OH
3/333
#)L
" &
A !
" 3"" 54" 7'" 1"8" 144"
"=573 "=564 "=567 "=55 "=555 "=533
CV #)L 1=15E?"5 1=13E?"5 1=14E?"5 1=11E?"5 1=1'E?"5 1="7E?"5
)!C7# CV "="""" "="158 "="1"5 "="41" "="319 "="7'4 16
96" 1"8" 1'"" 13'" 144" 156" 168" 18"" 19'" '"4" '16"
"='74 "='7' "='64 "='7' "='67 "='6 "='58 "='53 "='48 "='47 "='43
5=51E?"6 5=47E?"6 5=31E?"6 5=47E?"6 5=37E?"6 5='3E?"6 5=19E?"6 5="9E?"6 4=98E?"6 4=96E?"6 4=88E?"6
"=1363 "=1436 "=1734 "=1436 "=16'1 "=1887 "=1964 "='16" "='36" "='4"" "='563
18"" 198" '5'"
"=538 "=539 "=5'3
1="8E?"5 1="8E?"5 1="5E?"5
"="63" "="61' "="913
F IGURA IGURA 1*. D ADOS EPERIMENTAIS E E DADOS DADOS UTILI"ADOS PARA OBTENÇÃO DOS DOS A#USTES A#USTES DE 1 PELO M$TODO INTEGRAL PARA DUAS CONCENTRAÇÃO DE N N AOH 3C. ORDEM 1 N%OH 3/3= " & A ! " 6" 1' " 18 " '4 " 3" " 36 " 54 " 6" " 63 "
"=44 "=338 "='63 "='"6 "=16' "=1'5 "="94 "="6' "="5' "="4
#)L CV #)L 8=84E?"6 6=79E?"6 5='9E?"6 4=14E?"6 3='6E?"6 '=51E?"6 1=89E?"6 1='5E?"6 1="5E?"6 8="4E?"7
)!C7# CV "=5789 "=84'6 1="935 1=3378 1=5781 1=8374 '=1''4 '=5385 '=7144 '=9768
N%OH " &
3/34J A !
#)L CV #)L
" 6" 1'" 18" '4" 3"" 36" 4'" 48" 6"" 66" 7'" 84" 9"" 93" 96" 99" 1"'"
"=53 "=431 "=395 "=3'4 "='93 "='45 "=''4 "=18 "=158 "=133 "="99 "="9' "="68 "="6 "="66 "="56 "="57 "="5'
1="7E?"5 8=66E?"6 7=94E?"6 6=51E?"6 5=89E?"6 4=9'E?"6 4=5"E?"6 3=6'E?"6 3=18E?"6 '=67E?"6 1=99E?"6 1=85E?"6 1=37E?"6 1='1E?"6 1=33E?"6 1=13E?"6 1=15E?"6 1="5E?"6
)!C7# CV "="""" "='"68 "='94" "=49'1 "=59'7 "=7716 "=861' 1="799 1='1"3 1=38'5 1=6778 1=7511 '="534 '=1785 '="83' '='475 '=''98 '=3'16
,! a)u!te! o-tido! elo m2todo inte(ral de ordem 1 do! dado! da! i(ura! 16 e 17 ara o-ter o! dado! in2tio! !e enontram na! i(ura! 18 > '1.
17
F IGURA 1 PELO M$TODO INTEGRAL PARA IGURA 1+. GR)FICO PARA O A#USTE A#USTE CIN$TICO CIN$TICO DE DE ORDEM ORDEM 1 %N AOH& ' 0,032 MOL /L 1C. ".3 ".'5 @; "; R ".99 ".'
ln@#oI#KI ".15 ".1 "."5 "
"
5""
1"""
15 ""
'"" "
'5""
*emo *emo @!
F IGURA 1 PELO M$TODO INTEGRAL PARA IGURA 1-. GR)FICO PARA O A#USTE A#USTE CIN$TICO CIN$TICO DE DE ORDEM ORDEM 1 %N AOH& ' 0,000+ MOL /L 1C. ".1 "."9 "."8 @; "; Q " R ".89 "."7 "."6 ln@#oI#KI "."5 "."4 "."3 "."' "."1 " " 5" "
1"" "
1 5""
'"" "
' 5""
3"""
*emo *emo @!
18
F IGURA 1 PELO M$TODO INTEGRAL PARA IGURA 20. GR)FICO PARA O A#USTE A#USTE CIN$TICO CIN$TICO DE DE ORDEM ORDEM 1 %N AOH& ' 0,032 MOL /L 3C. '.5 ' @; "; 1.5 R ".78
ln@#oI#KI
1 ".5 "
"
1" "
'" "
3 ""
4""
5""
6" "
7""
*emo *emo @!
F IGURA 1 PELO M$TODO INTEGRAL PARA IGURA 21. GR)FICO PARA O A#USTE A#USTE CIN$TICO CIN$TICO DE DE ORDEM ORDEM 1 %N AOH& ' 0,01* MOL /L 3C. '.5 @; "; R 1
' 1.5
ln@#oI#KI 1 ".5 "
"
'" "
4" "
6 ""
8" "
1 " ""
1'""
*emo *emo @!
F IGURA R EAÇÃO IGURA 22. DETERMINAÇÃO DA ORDEM RDEM DE DE R EAÇÃO EM EM RELAÇÃO RELAÇÃO AO AO N AOH E E CONSTANTE CONSTANTE DE DE 1C E 3C. 3C. VELOCIDADE GLOBAL VELOCIDADE GLOBAL PARA PARA AS AS TEMPERATURAS DE 1C T KC 15 35
N%OH #)L "=""3' "="""8 "="33 "="17
0 &(4
"="""11' "=""""35 "=""3349 "=""'185
"=845 3 "=643 6
S#)7er 3
)!
"=""""
?4='4'6
"="143
"=""""
?3=5"36
"="3"1
19
A!!i A!!im= m= util utili ian ando do o! dado dado!! do! do! e;e e;erim rimen ento to!! ara ara a! trY! trY! tem temer erat atur ura! a! dierente!= 2 o!!íel enontrar a ener(ia de atia0o da rea0o. ,! dado! utiliado! e o (r+io lotado !e enontram na! i(ura! '3 e '4= re!etiamente. F IGURA ATIVAÇÃO. IGURA 23. D ADOS UTILI"ADOS PARA OBTENÇÃO DA E NERGIA NERGIA DE A T '88=15 3"3=15 3"8=15
"="14371 "="833'6 "="3""88
4T (4 "=""347 "=""3'99 "=""3'45
)! ?4='4'57 ?'=48499 ?3=5"36'
F IGURA ATIVAÇÃO EPEROMENTAL. IGURA 2!. GR)FICO PARA DETERMINAR A A E NERGIA NERGIA DE A " ?".5 ?1 ?1.5 ?' )! ?'.5 ?3 ?3.5 ?4 ?4.5
@; ? 4979.53; Q 13.'1 R ".44 "
"
"
"
"
"
"
4T
A!!im= !e(undo a eua0o 18= o oeiiente an(ular 2 i(ual a EaR. Portanto= Ea 9=86 %almol.
=+5
D%'#& '% Li"er%"-r%
A ta-e ta-ela la P ont ont2m 2m o! alo alore re!! de on! on!ta tant ntee de elo eloi ida dade de ara ara die diere rent nte! e! temeratura! e!tudada! or 4/ o alor de ener(ia de atia0o adotado omo reerYnia e o de!io roduido. A ener(ia de atia0o da literatura oi alulada omo de!rito anteriorme anteriormente= nte= ela eua0o eua0o de Arrheniu! Arrheniu! lineariad lineariada. a. A i(ura * mo!tra mo!tra o (r+io (r+io on!truído de ln % em un0o do iner!o da temeratura ara determina0o de Ea.
'"
T ABELA 1. V ALORES DE DE CONSTANTE CONSTANTE CIN$TICA CIN$TICA PARA PARA DIVERSAS TEMPERATURAS, VALOR DE ENERGIA DE ATIVAÇÃ ATIVAÇÃO O E E DESVIO DESVIO EM EM RELAÇÃO RELAÇÃO AO AO VALOR VALOR EPERIMENTAL EPERIMENTAL .
T KC
T
'5=4 31=" 35=4
'98=55 3"4=15 3"8=55
L#)+& "=1683 "='767 "=3867
)!
4T (4
E%"e# ;%)#)
E%exp ;%)#)
De&7i#
?1=7818 ?1='849 ?"=95"'
"=""335 "=""3'9 "=""3'4
15="7
9=86
34=6
F IGURA ATIVAÇÃO TERICA IGURA 2. GR)FICO PARA DETERMINAR A A E NERGIA NERGIA DE A " ?".' ?".4 ?".6 ?".8
)!
?1
@; ? 768".96; Q '3.95 R 1
?1.' ?1.4 ?1.6 ?1.8 ?'
"
"
"
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"
"
"
4T
A eua0o eua0o da reta o-tida oi utiliada ara e!tiar o alor da on!tante in2tia % > temeratura de 3"Z#= emre(ada ne!te e;erimento= -em ara a! temeratura! de 15# 15# e 35# 35#..
A ta-el ta-elaa [ ont ont2m 2m o! alo alore re!! o-ti o-tido do!! e o! de!i de!io! o! do! alore alore!!
e;erimentai! em rela0o ao te
T KC
"e# "e# L#)+&
exp exp L#)+&
De&7i#
15 3" 35
"=1691 "='715 "=389'
"="144 "="833 "="3"1
91=5 69=3 9'=3
'1
4.
Di&;-&&:e&
Prim Primei eiram ramen ente te== dete determ rmin inou ou?!e ?!e a meto metodo dolo lo(i (iaa ara ara a dete determ rmin ina0 a0o o do! do! armetro! in2tio!= in2tio!= ordem e on!tante on!tante da rea0o= da rea0o rea0o entre o ri!tal ioleta ioleta @#K e o hidr<;ido de ! 3" # e a(itado or meio de um a(itador ma(n2tio= ondi0e! ue (arantiam a(ita0o e temeratura on!tante!= ato ue elimina erro! e;erimentai! e;erimentai! a!!oiado! a!!oiado! >! aria0e! aria0e! do am-iente. am-iente. Ento= ond onduiu? uiu?!e !e doi! e;erimento! de aordo om a metodolo(ia de!rita no item ' de!!e relat
m2todo inte(ral e o dierenial. Primeiramente= o m2todo dierenial oi utiliado ara !e o-ter uma e!timatia da ordem da rea0o em rela0o ao #K. A! i(ura! 6 e 7 mo!tram o! (r+io! o-tido! ara a e!timatia da ordem de rea0o om rela0o ao #K @n e da on!tante de eloidade %' elo m2todo dierenial ara uma onentra0o de a,H de "="1 e "="'5 molL= re!etiamente. e aordo om a eua0o 8= o! oeiiente! an(ulare! rere!entam a ordem de rea0o n. A!!im= o! alore! e!timado! oram de n 1=44 1=44'' e 1=37 1=3711 e %' "=17464 L"=44'mol?"=44'.!?1 e "='""69 L"=371.mol?"=371.!?1 ara ada um do! e;erimento!. ,! alore! de %' o-tido! elo m2todo dierenial no !ero omarado! om om a lite litera ratu tura ra em ra raoo da! da! unid unidad ade! e! de medi medida da!! no no !ere !erem m on onen eni ion onai ai!! e deenderem do! alore! do a)u!te. A! rimeira! e!timatia! o-tida! da ordem de rea0o em rela0o ao #K de aro;imamente 1= !o um indíio da +lidade da hi ura ara e!te a!o= roduindo um R ' de "=99146 e "=99"36= enuanto o! alore! de R ' o-tido! elo m2todo dierenial oram de "=856 e "=9846= re!etiamente na ordem re!ente de onentra0e! de a,H. Al2m di!!o= o m2todo inte(ral tem a anta(em de !er um m2todo analítio ue (era re!ultado! oni+ei! ara rea0e! de -ai;a omle;idade= omo a rea0o e!tudada ne!ta r+tia. o entanto= am-o! o!
'3
m2todo! relatiamente onordam entre !i uanto > ordem da rea0o em rela0o ao #K= !endo n 1. A 35# 2 inerior auele o-tido > 3"#= o ue no era ra !er o-!erado= uma e ue o aumento da tem temera eratu tura ra ao aore ree e a elo eloi ida dade de da rea0 rea0o o== e % aume aument ntaa om om o aume aument ntoo da temeratura. E!!a di!renia ode !er e;liada elo! erro! e;erimentai!. ,! erro! a-ra a-ran( n(em em de!d de!dee a e;e e;eu0 u0o o errD errDne neaa do e;e e;erim rimen ento to elo elo!! e;e e;erim rimen enta tado dore re!= != ome0ando de!de o rearo da! !olu0e! at2 a e;eu0o da metolo(ia. Kale re!!altar ue ue eram eram 6 e!! e!!oa oa!! ena enarre rre(a (ada da!! de e;e e;eut utar ar o e;e e;erim rimen ento to== !end !endoo uma uma ara ara aomanhar o ronDmetro= outra ara oletar a amo!tra= outra ara onduir a amo!tra ao! doi! e;erimentadore! ue e!taam maniulando o e!etrootDmetro e outro ara laar a u-eta ue !eria u!ada ara a r<;ima amo!tra(em. H+ um erro a!!oiado > ada uma de!!a! etaa!. Al2m di!!o= ada (ruo o!!uía a !ua metodolo(ia e;erimental= o ue roa(a ainda mai! o! erro! e;erimentai!. ,utro ator ue on!i!te em onte de erro e;erimental 2 o in!trumento de medi0o utiliado= o e!etootDmetro= o ual 2 !en!íel > lu e;terna do am-iente e !e e;o!to > ela ode au!ar in!ta-ilidade e intererYnia no! alore! de a-!or-nia. , euiamento e!taa !endo omatilhado or dua! euie! e a tama e!taa on!tantemente !endo a-erta e a e;o!i0o dele > lu ode ter !ido e;re!!ia. e;re!!ia. Por im im= oma omara rand ndo? o?!!e o! alo alore re!! de ener(ia r(ia de atia tia0 0oo o-tid -tidoo e;erimentalmente om o alor da literatura= o-tee?!e um de!io de 34=6]. , a)u!te do! onto! e;erimenta e;erimentai! i! > eua0o eua0o lineariada lineariada de Arrheniu! Arrheniu! no roduiu roduiu um -om '4
alor de R '= )+ ue o! alore! de % no re!eitam o omortamento e!erado= aumentar om a temeratura= omo )+ menionado anteriormente.
C#!;)-&.# A! ordem de rea0o em rela0o a ada um do! rea(ente!= a ordem (lo-al da rea0o -em omo a on!tante de eloidade oram determinado! ara a rea0o do ri!tal ioleta om o hidr<;ido de ! ura ara e!te a!o= roduindo um R ' de "=99146 e "=99"36= enuanto o! alore! de R ' o-tido! elo m2todo dierenial oram de "=856 e "=9846= re!etiamente na ordem re!ente de onentra0e! de a,H. A re!olu0o de um !i!tema de ' eua0e! o!!i-ilitou determinar a ordem de rea0o em rela0o ao a,H e a on!tante de eloidade (lo-al= re!ultando em m "=9'"8 e % "="833 L@mol.!. ,! alore! enontrado! ara n e m !o ro;imo! de 1= indiando uma rea0o de rimeira ordem em rela0o a ada um do! rea(ente!. A!!im= onlui?!e ue a ordem (lo-al da rea0o 2 '. Alto! de!io! do alore! da on!tante in2tia (lo-al @% em rela0o ao! alore! te e;eu0o do e;erimento elo! inte(rante! do! (ruo! e a inluYnia da lu am-iente no! alore! de a-!or-nia medido! elo e!etrootYmetro. Por im im= oma omara rand ndo? o?!!e o! alo alore re!! de ener(ia r(ia de atia tia0 0oo o-tid -tidoo e;erimentalmente om o alor da literatura= o-tee?!e um de!io de 34=6]. , a)u!te do! onto! e;erimenta e;erimentai! i! > eua0o eua0o lineariada lineariada de Arrheniu! Arrheniu! no roduiu roduiu um -om alor de R '= )+ ue o! alore! de % no re!eitam o omortamento e!erado= e!erado= deido ao! erro! e;erimentai!. '5
Bi2)i#>r%*i% 4 #,#E/^_,= A. #. L. ` /,G,= H. P. etermina0o de armetro! in2tio! em lu;o om mara de (radiente e dete0o e!etrootom2triaF alia0o > rea0o entre o ioleta de ri!tal e o io hidr<;ido. uím. oa onlineI. '"13= ol.36= n.6= . 9"5?91". /SS "1""? 4"4'. httFd;.doi.or(1".159"S"1""?4"4''"13"""6"""'9. 0 Are!enta0o de !lide! La-orat
'6