ESTUDO DA CINÉTICA DE HIDRÓLISE ÁCIDA DO COMPOSTO Trans-[(Co(en) 2 Cl 2 )Cl]

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1 TRABALHO 3 ESTUDO DA CINÉTICA DE HIDRÓLISE ÁCIDA DO COMPOSTO Trans-[(Co(en) 2 Cl 2 )Cl] 1. OBJECTIVO Estudo da cinética da reacção de hidrólise ácida do composto Trans-[Co(en) 2 Cl 2 ]Cl. Determinação da energia de activação e da ordem de reacção de hidrólise. 2. INTRODUÇÃO 2.1. ESTUDO DA CINÉTICA DE HIDRÓLISE ÁCIDA DO COMPOSTO TRANS (Co(en) 2 Cl 2 )Cl Em soluções ácidas com baixa concentração de ião cloreto livre, os dois iões cloreto do complexo [Co(en) 2 Cl 2 ] + são substituidos por moléculas de água, i.e., o composto sofre hidrólise ácida. A reacção de hidrólise ácida transforma o composto trans numa mistura de isómeros cis e trans do [Co(en) 2 (H 2 O) Cl] 2+ e pode ser seguida visualmente devido ao facto de a reacção ser acompanhada de uma mudança de cor de verde para vermelho. Trans - [Co(en) 2 Cl 2 ] + + H 2 O Cis + Trans [Co(en) 2 (H 2 O) Cl] 2+ Verde Vermelho Nesta parte do trabalho a cinética da reacção será estudada tirando vantagem da mudança de cor durante a reacção Lei de velocidades As velocidades das reacções químicas podem ser expressas como funções das concentrações das espécies reagentes. Em geral, a velocidade de uma reacção é proporcional ao produto de concentração dos reagentes, sendo cada concentração elevada a uma potência designada por ordem da reacção com respeito aos reagentes (A, B,...): Velocidade = K [A] a [B] b... O expoente pode ser 0, sendo a reacção de ordem zero em relação ao reagente, 1 para uma reacção de primeira ordem, 2 para uma reacção de segunda ordem, etc. Nesta parte do trabalho vai ser determinada a ordem de reacção em relação aos reagentes (ião [Co(en)2Cl2]+). Vamos considerar que a velocidade de reacção pode ser expressa pela relação: Velocidade = k ([Co(en) 2 Cl 2 ] + ) n onde n = 0, 1, 2,... A experiência envolve a determinação do tempo requerido para que a reacção prossiga até metade, ou seja, o tempo de semi-vida da reacção, t 1/2, em função da concentração inicial (c o ) de [Co(en) 2 Cl 2 ] +. Pode-se mostrar que para as reacções de ordem zero, um ou dois, o t 1/2 é dado por:

2 n = 0 n = 1 n = 2 c o t 1/2 = 2k 0,693 t 1/2 = k 1 t 1/2 = c o k Determinação da energia de activação A constante de velocidade está relacionada com a energia de activação Ea, pela equação onde: k = A e-e a / RT A - Constante característica da reacção R - Constante dos gases perfeitos T - Temperatura Absoluta A reacção pode ser reorganizada na forma : log k = - (Ea / 2.3 R) (1/T) + log A Se a constante de velocidade for determinada a diferentes temperaturas, ao traçar-se o gráfico de log k em função de 1/T é possível determinar pelo declive (-Ea / 2.3 R) a energia de activação da reacção. A determinação da constante de velocidade pode ser feita a partir de medidas experimentais de t 1/2, tendo em conta a relação (inversamente proporcional) entre estas duas grandezas.

3 3. PARTE EXPERIMENTAL 3.1. HIDRÓLISE ÁCIDA DO Trans [Co(en) 2 Cl 2 ] Cl Prepare uma solução contendo 0,125 g de Trans - [Co(en) 2 Cl 2 ] Cl em 10 ml de H 2 SO 4 (1M). Transfira exactamente 1,5 ml de solução para dois tubos de ensaio e guarde a restante solução. Proceda do mesmo modo para uma solução 0,025 g em 10 ml de H 2 SO 4 (1M). Aqueça os dois tubos de ensaio contendo 1,5 ml de solução de diferentes concentrações durante 10 minutos em água em ebulição - este tratamento produz a hidrólise total do clorocomplexo. Arrefeça as soluções e adicione a cada tubo 1,5 ml das correspondentes soluções de partida. Deste modo preparou dois tubos em que a reacção da hidrólise se deu até metade. Dispõe agora dos seguintes tubos: Concentração tubo composição g / 10 ml H 2 SO 4 (1M) A composto Trans A 1/2 composto Trans + 1/2 composto Trans hidrolisado g / 10 ml H 2 SO 4 (1M) B composto Trans B 1/2 composto Trans + 1/2 composto Trans hidrolisado Num banho a ~55 ºC (anote a temperatura exacta) coloque os dois tubos A e B que contêm essencialmente o composto Trans. Determine o tempo necessário para que a reacção se complete a metade comparando com a cor dos tubos A' e B', respectivamente. Compare com os tubos que contêm o composto Trans inicial. No início da reacção agite o tubo de ensaio de modo a restabelecer mais rapidamente o equilíbrio de temperatura. A partir dos valores de t 1/2 determine a dependência da velocidade de reacção de hidrólise indica com a concentração inicial do complexo Trans. 3.2 DETERMINAÇÃO DE t 1/2 A DIFERENTES TEMPERATURAS Prepare uma solução dissolvendo 0,025 g do composto Trans em 10 ml de H 2 SO 4 (1M). Utilizar a solução B para determinar os valores de t 1/2 usando banhos às temperaturas aproximadas (anote o valor exacto) de 45, 65, 75 e 85 ºC. É conveniente começar as medidas à temperatura mais elevada. Verificar o valor exacto da temperatura com o auxílio de um termómetro. Lembre-se que já determinou o valor de t 1/2 para a temperatura de 55 ºC.

4 NOME: TURNO: GRUPO: CURSO: DATA: 4. QUESTIONÁRIO 4.1. Desenhe esquematicamente diagramas apropriados de variação da concentração versus tempo para as reacções de Ordem zero Primeira ordem Segunda ordem 4.2. Verifique que para n = 1 (reacção de primeira ordem) o valor de t 1/2 é independente da concentração inicial, co Determinação da ordem de reacção em estudo Solução t 1/2 (55 o C) A (0,125 g/10 ml) B (0,025 g/10 ml) Ordem da reacção = Justificação: 4.4. Desenhe duas estruturas do composto Cis, que não sejam sobreponíveis (isómeros ópticos).

5 4.5. Determinação da energia de activação da reacção em estudo Preencha a tabela e faça a representação gráfica conveniente (em papel milimétrico) para a determinação da energia de activação da reacção estudada. T ( o C) T (K) t 1/2 k Energia de activação =

6 4.6. Para muitas reacções que ocorrem à temperatura ambiente, a velocidade de uma reacção geralmente duplica quando a temperatura aumenta de 10º C. Calcule a correspondente energia de activação Foi medido o tempo (t) requerido para que a concentração de um reagente A diminuísse de 5x10-4 M em quatro ensaios diferentes. As concentrações iniciais (M) das espécies A, B e C e os tempos são indicados a seguir: A B C t 0,010 0,100 0, min. 0,020 0,100 0,010 5 min. 0,010 0,300 0, seg. 0,010 0,200 0, seg. Determine a ordem global da reacção sendo a velocidade expressa por: v = k [A]a [B]b [C]c a = b = c = ordem global =