Q u í m i c a A m b i e n t a l e L i c e n c i a t u r a N T r a b a l h o
O trabalho consiste no estudo de reações de cetonas ou de ésteres de metila com radicais OH. O objetivo é traçar um gráfico de Arrhenius e, com os parâmetros deste, traçar uma curva cinética da concentração de radicais OH em função do tempo, para determinada temperatura e concentração do composto orgânico. Os dados para essa finalidade estão em dois artigos, dos quais você precisa de apenas um, dependendo do composto que lhe foi indicado, conforme a tabela
Distribuição dos trabalhos na última página dessas instruções. Os artigos e sua localização na internet são: 1. K.-Y. Lam, D. F. Davidson e R. K. Hanson,
High-temperature measurements of the reactions of OH with a series of ketones: acetone, 2-butanone, 3-pentanone, and 2-pentanone, J. Phys. Chem. A, 2012, 116, 5549-5559
http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jp303853h
2. K.-Y. Lam, D. F. Davidson e R. K. Hanson, High-temperature measurements of the reactions of OH with small methyl esters: methyl formate, methyl acetate, methyl propanoate, and methyl butanoate, J. Phys. Chem.
A, 2012, 116, 12229-12241
http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jp310256j
Se o seu composto for uma cetona, baixe o primeiro artigo; se for um éster, o segundo. Para isso, é preciso usar um computador da USP ou a rede sem fio da USP.
Procedimento
1. Verifique, na tabela Distribuição dos trabalhos, na última página, de acordo com seu número USP, o composto que lhe foi atribuído e a temperatura e a concentração do composto com que deverá trabalhar. Se o composto for uma cetona, obtenha o artigo número 1 acima, se for um éster, o número 2.
2. Procure, no artigo, a tabela que traz, para a reação do seu composto com OH, as constantes de velocidade de reação em função da temperatura. Monte uma tabela com esses dados, incluindo todos eles, para todas as pressões
2
e concentrações. Não inclua as pressões nessa tabela. Coloque os dados em ordem crescente de temperatura.
3. Com os dados da tabela do item 2, construa um gráfico de Arrhenius.
4. A partir desse gráfico, determine a energia de ativação e o fator pré-exponencial da reação.
5. Compare esses resultados com os do artigo, dados no resumo e nas conclusões. Note que os autores não fornecem a energia de ativação, mas esta, dividida pela constante dos gases, Ea/R. Faça a comparação em termos dessa grandeza.
6. Com os seus resultados de fator pré-exponencial e energia de ativação, calcule a constante de velocidade de segunda ordem da reação para a temperatura indicada na tabela
Distribuição dos trabalhos.
7. Procure, no artigo, o gráfico de concentração de OH em função de tempo, dado como exemplo para a sua reação. Desse gráfico, obtenha a pressão total de trabalho, dada em atmosferas. Obtenha, também, a concentração de hidroperóxido de tercio-butila (TBHP), que será considerada igual à concentração inicial de radicais OH. 8. Transforme a concentração do seu composto, dada, na
tabela Distribuição dos trabalhos, em partes por milhão (ppm), em mols por centímetro cúbico (mol cm-3), usando a equação dos gases ideais, a temperatura indicada na referida tabela e a pressão encontrada no item 7.
9. Com os resultados dos itens 6 e 8, calcule a constante de velocidade de pseudoprimeira ordem da reação, válida para a concentração calculada no item 8. Calcule a meia-vida da reação nessas condições.
10. Use a constante de pseudoprimeira ordem e a concentração inicial de OH do item 7 para construir um gráfico de concentração de OH em função do tempo. Inclua as curvas-limite, como fizeram os autores no exemplo dado no artigo. No trabalho, apresente o gráfico e a tabela. Se a tabela for muito extensa, por conter muitos pontos, basta mostrar os primeiros cinco ou seis.
11. Leia o primeiro parágrafo da introdução do artigo e explique por que os autores estudaram a reação sob temperaturas elevadas.
12. Escreva a equação química da principal reação do seu composto com OH nas condições do experimento.
13. Cite a bibliografia consultada. Veja, no próprio artigo, a forma de fazer isso.
Apresentação dos resultados
Prazo para entrega do trabalho: sexta-feira,
29 de maio de 2015
1. Numa folha de papel, coloque a sigla e o nome da disciplina, seu nome, seu número USP e a data, como cabeçalho. Não faça capa.
2. Apresente os resultados dos itens 1 a 13 acima. Se for necessário usar mais de uma folha, junte todas, na margem esquerda, com dois grampos. Não use um grampo no canto superior esquerdo, nem clipes.
3. Entregue o trabalho, no máximo até 29 de maio de 2015, no horário da aula. Ele poderá ser entregue antes, no horário da aula, ou, colocado debaixo da porta da sala 0456 do bloco 4 superior, sem saquinho plástico ou outro material. Se usar terceiros para entregar o trabalho, a responsabilidade continuará sua.
Avaliação
Para fins de nota, será considerada a correção dos resultados, a atenção a algarismos significativos e a forma de apresentação de tabelas e gráficos e dos demais resultados, bem como a do trabalho em geral.
Trabalhos enviados por meio eletrônico (e-mail,
pen-drive, Dropbox, etc.) não serão considerados.
Recomendações quanto à apresentação do trabalho
1. O trabalho pode ser feito a mão ou por meio de computador. O essencial é ser limpo.
2. Use, de preferência, papel A4 branco. Podem ser usadas folhas de fichário, desde que sejam sóbrias. Folhas arrancadas de caderno, nem pensar.
3. Se o trabalho requerer mais de 1 folha, será necessário juntá-las. Faça isso com dois grampos na margem esquerda, de modo que o conjunto possa ser aberto como um caderno. Isso facilita sua leitura, principalmente se também for usado o verso das folhas, o que é recomendável. Clipes têm a finalidade de juntar folhas temporariamente; não servem para um trabalho que se deve entregar.
4. Em trabalhos extensos, de mais de 10 páginas, é bom fazer capa e índice. Esse trabalho é mais curto. Basta colocar um cabeçalho na primeira página, com todas as informações necessárias para identificar o trabalho.
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5. Gráficos devem ocupar, aproximadamente, metade da página. Podem ser colados ou feitos numa folha do mesmo tamanho das folhas do resto do trabalho. Não devem ser dobrados.
Todas as folhas do trabalho devem ter o mesmo tamanho.
Gráficos podem ser feitos a mão ou por meio de uma planilha eletrônica. No primeiro caso, deve-se usar papel milimetrado. A formatação padrão de muitas planilhas eletrônicas não é adequada para a apresentação de gráficos científicos. Veja, no próprio artigo, ou na apostila Grandezas físicas, unidades e gráficos em
físico-química ou, ainda, nas respostas de exercícios e
número USP composto T/K [composto]/ppm 3163147 butanoato de metila 1300 270 5714270 acetato de metila 1300 384 5892502 acetato de metila 1200 384 6390192 propanoato de metila 1200 283 6419303 2-butanona 1100 161 6429732 acetona 900 304 6795502 butanoato de metila 900 241 6795669 butanoato de metila 1400 270 6795742 butanoato de metila 1000 241 6876349 formiato de metila 800 322 6879294 acetona 1400 304 6908890 2-butanona 800 152 6909762 3-pentanona 1200 211 7144192 acetato de metila 900 323 7155486 formiato de metila 1100 322 7189060 propanoato de metila 900 281 7189380 2-pentanona 1100 161 7275917 3-pentanona 900 213 7541052 formiato de metila 1400 404 7568604 3-pentanona 1400 151 7575922 3-pentanona 1100 211 7576044 2-butanona 1400 206 7576051 acetato de metila 1000 323 7589664 3-pentanona 800 213 7657472 2-butanona 1200 161 7657509 formiato de metila 1200 404 7657520 2-pentanona 1300 161 7658643 2-butanona 1000 152 7696966 formiato de metila 1300 404 7696970 propanoato de metila 1300 283 7989483 2-pentanona 900 161 7989503 butanoato de metila 1100 241 7989819 2-pentanona 1400 161 8067271 propanoato de metila 1400 283 8084468 propanoato de metila 1100 281 8124740 2-butanona 900 152 8534528 2-pentanona 1200 161 8534636 acetona 1300 304 8534640 butanoato de metila 1200 270 8534678 formiato de metila 900 322 8534699 acetato de metila 1100 384 8534702 propanoato de metila 1000 281 8534719 formiato de metila 1000 322 8534765 acetona 1100 304 8534831 acetona 1000 304 8534848 3-pentanona 1000 213 8535050 2-pentanona 1000 161 8535092 acetona 1200 304 8602997 acetato de metila 800 323 8658482 2-butanona 1300 206 8670121 3-pentanona 1300 151
