O Relatório de Cinética

DETERMINAÇÃO DE PARÂMETROS CINÉTICOS DA REAÇÃO DE HIDRÓLISE DO ACETATO DE ETILA

FREIRE E.A.R1, ALMEIDA B.N¹, LIMA, M.F¹ e FURTADO Y.[pic 1]

 Grupo A

1 Universidade Federal do Maranhão, Centro de Exatas e Tecnologia, Coordenação do curso de Engenharia Química

E-mail para contato: emilyrfreire@gmail.com

RESUMO –  A hidrólise do acetato de etila em meio básico, também chamada de saponificação, resulta na formação de álcool e sal orgânico. Essa hidrólise foi realizada em meio alcalino, utilizando o hidróxido de sódio, à diferentes temperaturas: 20, 30 e 40 graus celsiu, e para determinação da concentração do acetato de etila efetuou-se a titulação de uma alíquota da mistura reacional adicionando-a a HCl e titulando o excesso com NaOH. Utilizou-se o método integral, e os dados experimentais foram ajustados a diferentes leis de velocidade: ordem zero, um e dois. Esse método apontou a reação com os melhores ajustes para ordem 1, porém, mostrando não conformidade com a lei da velocidade da reação quando comparada a literatura, que é de ordem 2.
Foi obtido um valor de 17,14 kJ/mol para energia de ativação, o qual é um valor próximo do encontrado na literatura de 67,7 kj/mol e obtido o fator pré-exponencial de
20,82 min-1, este último em discordância com a literatura. Já para o método diferencial, os coeficientes de determinação (R²) foram razoáveis e as ordens da reação (α) para as temperaturas de 20, 30 e 40 graus celsius foram, 1,18, 3,74 e -1,93, respectivamente e as constantes cinéticas foram 17,19 , 5,93E+11 e 1,68E-12.
Em virtude de os valores se apresentarem bem destoantes com respeito aos valores da literatura, o método diferencial não foi considerado bom para a obtenção do fator pré-exponencial e energia de ativação.[pic 2][pic 3][pic 4]

1. INTRODUÇÃO

A hidrólise é um termo utilizado a reações orgânicas e inorgânicas, que em meio aquoso, a água sofre dupla decomposição em um composto: um íon hidrogênio (H+) da molécula de água é transferido para um dos produtos, e o grupo hidróxido (OH-) é transferido para o outro produto (BARCZA, 2010, p.3).

O éster acético, ou de acordo com a nomenclatura oficial da IUPAC, etanoato de etila, ou também mais conhecido como acetato de etila, de fórmula química CH3COOC2H5 ou, formalmente, C4H8O2, é da família dos ésteres, tendo um alto poder de solvência, é muito utilizado como solvente polar. É um líquido, incolor, límpido e com o odor forte e frutal, obtido pela reação do ácido acético com o etanol. Possui um médio ponto de ebulição 77ºC (BUCKINGHAM e MCDONALDS, 1996).

De acordo com a IUPAC (1993), uma reação é caracterizada como reação elementar, quando ela ocorre em somente uma etapa. Nenhum intermediário é detectado ou precisa ser postulado a fim de descrever a reação química em escala molecular.

No entanto, não é isso que ocorre na hidrólise de um éster com uma base forte como o hidróxido de sódio, como por exemplo, a hidrólise do acetato de etila em meio básico: essa reação é chamada de saponificação e é caracterizada como uma reação não-elementar, possuindo uma série de etapas intermediárias. Portanto, ao estudar-se a cinética de uma reação química, chega-se a conclusão que nem sempre a ordem dessa reação é de acordo com a estequiometria da mesma, ou seja, é necessário o estudo e testes das equações da taxa frente a dados experimentais (HILL e ROOT, 1977).        

Com o objetivo de se conhecer a lei da velocidade de uma certa reação, são realizadas análises e correlações de dados cinéticos, aplicando-se os métodos cinéticos. Esses métodos são aplicados para diferentes dados obtidos para diferentes tipos de reatores. Para a reação de hidrólise em meio básico do Acetato de Etila, é utilizado um reator batelada operando isotermicamente (FOGLER,2009). Os métodos integral e diferencial são os mais utilizados para essa reação, uma vez que as informações são obtidas em regimente transiente, ou seja, são em função do tempo.

O método integral é utilizado quando já é conhecida a ordem da reação química e temos como objetivo a obtenção da velocidade específica da reação a diferentes temperaturas. Integra-se a equação diferencial utilizada para modelar o sistema. Se o gráfico de concentração-tempo for linear (determinado por integração), então a ordem de reação está correta (LEVENSPIEL, 2000).         

No entanto, em situações complexas, utiliza-se o método diferencial se o método integral não se mostrar eficaz. Aplica-se na equação diferencial da velocidade a ser testada. O mesmo permite uma avaliação de todos os termos da equação
(FOGLER, 2009).

Foi utilizado um reator batelada de tanque agitado, operando isotermicamente, a volume constante, para obtenção dos dados experimentais relativos a reação de hidrólise do acetato de etila com a adição de hidróxido de sódio. Este trabalho avaliou a progressão da reação de saponificação ao longo do tempo e, a partir dos dados experimentais obtidos, determinou-se os parâmetros cinéticos como a velocidade específica, ordem de reação, bem como as respectivas equações de taxa a três temperaturas distintas: 20, 30 e 40ºC. Além disso, determinou-se a energia de ativação e o fator de frequência bem como foram demonstradas as discussões referentes aos resultados experimentais

1. CAMPANHA EXPERIMENTAL

Abaixo serão apresentados os materiais utilizados e o procedimento adotado durante o experimento.

2.1. Materiais utilizados

Foi utilizado dois sistemas compostos de um tanque pulmão e um reator batelada, ambos com uma camisa para controle de temperatura, a qual era acoplada a um banho termostático.

Entre o tanque e o reator havia um tubo que possibilitava a passagem de fluido de um para o outro.

Também se utilizou pipetas volumétricas, buretas, erlenmeyers e cronômetros.

2.2. Procedimento experimental

Ajustou-se a temperatura dos banhos termostáticos à temperatura de 20°C, 30°C  e 40ºC inicialmente. Nos tanques pulmões colocou-se solução de acetato de etila 0,02 mol/L e nos reatores solução de hidróxido de sódio 0,02 mol/ L e esperou-se as soluções atingirem a temperatura ajustada.

Concomitantemente, em erlenmeyers foi posto ácido clorídrico a 0,01 mol/L e três gotas de fenolftaleína.

Assim que a solução de acetato e hidróxido chegou à estabilidade térmica misturou-se as duas, acionou-se o cronômetro e, desde o tempo 0 retirou-se uma alíquota da mistura de 1 em 1 minuto e postas nos erlenmeyers com ácido clorídrico.