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REDUÇÃO DO AZUL DE METILENO OBJETIVOS 1 - Acompanhar o andamento de uma reação química em solução. 2 - Determinar a constante de velocidade e a ordem da reação utilizando-se os métodos de ajuste linear e não linear de equações integradas e o método da velocidade inicial. REAGENTES O azul de metileno (AM) é um corante catiônico solúvel em água ou em álcool, de fórmula molecular (C16H18ClN3S) e massa molar 319.85 g/mol. O AM é usado como um corante bacteriológico e como indicador. Sua estrutura química está representada abaixo. Estrutura da forma catiônica do Azul de Metileno O AM em sua forma oxidada é azul (MB+). Ele é facilmente reduzido à forma hidrogenada (azul de leucometileno, LB+) que é incolor. O reagente que usaremos para reduzir o AMox neste experimento é o ácido ascórbico ou Vitamina C. O ácido ascórbico (ASH2), de massa molar 176,1 g mol-1, é uma -lactona sintetizada por plantas e quase todos os animais. Em condições fisiológicas, o ASH2 é oxidado reversivelmente a ácido desidro ascórbico (AS) que, por sua vez, é hidrolizado irreversivelmente ao ácido dicetogulônico de acordo com a reação representada abaixo: C CH2OHOO OHHO Ácido ascórbico O CH2OH OH C OO O Ácido desidroascórbico O OH C O O CH2HO Ácido diceto gulônico OH OH REAÇÃO A reação de redução do AMox pelo ASH2 produzindo o AMred, leva ao gradual descoramento da solução azul. Por esta razão, a cinética desta reação pode ser acompanhada espectroscopicamente, com base na redução da absorbância da solução em 665 nm (correspondente à cor azul) ao longo do tempo. 1 A reação pode ser esquematizada como: MB+ (azul) + ASH2 LB+ (incolor) + AS N SN(CH3)2 N(CH3)2 + O OH OH O OH H CH2OH Methylene Blue (MB+), blue colored Ascorbic Acid (H2A) + N SN(CH3)2 NH(CH3)2 + O O O O OH H CH2OH + Leucomethylene Blue (LB+), colorless Dehydroascorbic acid (D) H Esta reação será realizada em meio ácido, utilizando-se para isso o ácido clorídrico (HCl). ROTEIRO DO EXPERIMENTO 1) Determinar o espectro de absorbância do azul de metileno - Inserir uma cubeta com o solvente, água destilada, na posição 0 do suporte no compartimento de medida. - Inserir uma segunda cubeta com solução aquosa de azul de metileno na posição 1 do suporte no compartimento de medida. - Realizar leituras de Abs para intervalos de comprimento de onda de 20 nm, a partir de 320 nm até 800 nm. - Obs.: Antes de realizar a leitura de Abs para cada comprimento de onda selecionado, é necessário realizar o ajuste da linha base (zerar), com a cubeta contendo água (posição 0). 2) Efeito da concentração inicial de Azul de Metileno, mantendo-se o Ácido Ascórbico constante. Soluções: [AM] = 3 . 10 -5 mol/L, [AA] = 0.1 mol/L, [HCl] = 1,0 mol/L Condição 1 (C1) - Em um béquer de 50 mL, adicione 10 mL de solução de AM (pipeta) 10 mL de água destilada a 25 oC (com a pipeta de vidro). - Insira esta solução em uma cubeta e leve ao suporte do espectrofotômetro para a leitura de absorbância, este será o seu valor de absorbância no tempo zero (A0). Observe que nessa fase o comprimento de onda de leitura é constante (665 nm), com alinha base previamente ajustada. 2 AM, cor azul Ácido ascórbico LB+ incolor Desidro ascórbico - Em seguida, em outro béquer, adicione 10 mL de solução de AM, 1 mL da solução de HCl e 6 mL de água destilada. - A essa solução adicione rapidamente 3 mL da solução de AA (acione simultaneamente o cronômetro) e insira esta solução em uma cubeta para imediatamente realizar as leituras de Abs em função do tempo. - Anote o valor de absorbância em intervalos de 10 s no primeiro minuto, depois em intervalos de 20 em 20 s, em seguida aumentar para 30 s durante o restante do tempo, até se obter um valor de absorbância constante. Este valor final de absorbância corresponderá à absorbância no tempo infinito (A). tempo (s) Abs tempo (s) Abs tempo (s) Abs tempo (s) Abs 10 50 120 210 20 60 140 240 30 80 160 270 40 100 180 300 Condição 2 (C2) - Em um béquer de 50 mL, adicione 16 mL de solução de AM (pipeta) 4 mL de água destilada a 25 oC (com a pipeta de vidro). - Insira esta solução em uma cubeta e leve ao suporte do espectrofotômetro para a leitura de absorbância, este será o seu valor de absorbância no tempo zero (A0). Observe que nessa fase o comprimento de onda de leitura é constante (665 nm), com alinha base previamente ajustada. - Em seguida, em outro béquer, adicione 16 mL de solução de AM, 1 mL da solução de HCl. - A essa solução adicione rapidamente 3 mL da solução de AA (acione simultaneamente o cronômetro) e insira esta solução em uma cubeta para imediatamente realizar as leituras de Abs em função do tempo. - Anote o valor de absorbância em intervalos conforme sugerido na tabela, até se obter um valor de absorbância constante. Este valor final de absorbância corresponderá à absorbância no tempo infinito (A). tempo (s) Abs tempo (s) Abs tempo (s) Abs tempo (s) Abs 10 50 120 300 20 60 150 360 30 80 180 420 40 100 240 480 Cálculos e figuras - Apresente as curvas exponenciais de absorbância de AM x tempo para os experimentos nas condições C1 e C2 a 25 °C. Coloque as 2 curvas em uma mesma figura para facilitar a comparação. - Na mesma figura acima, faça o ajuste não linear de primeira ordem das 2 curvas e calcule as constantes de velocidade de pseudo-primeira ordem da reação em cada caso. - Faça os gráficos de ln[(A - At)/(A - Ao)] versus tempo para as 2 condições e calcule as constantes de velocidade de pseudo-primeira ordem em cada caso. Compare estas constantes com as obtidas pelo ajuste não linear. - Calcule as velocidades iniciais (vi) a partir das curvas exponenciais, através da regressão linear dos pontos iniciais das mesmas. Faça uma outra figura só com os intervalos usados na regressão. Apresente os valores de vi em uma tabela. 3 - Calcule a ordem da reação na temperatura trabalhada em relação ao AM, através do método da velocidade inicial. Questões : 1. Compare os valores de constantes de velocidade obtidos pelos diferentes métodos, e para um mesmo método, em diferentes concentrações. Discuta as razões para eventuais diferenças. 2. Descreva o método das velocidades inicias para determinação de ordens de reação. Por que a aplicação deste método apenas é válida para as velocidades iniciais? Explique como você definira a região do gráfico para o qual esta hipótese é valida. 3. Calcule a meia-vida a partir dos valores de constante de velocidade. Explique o que ela significa, e a que reagente se refere. Comente sobre o uso do termo “meia-vida” para isótopos radioativos. REFERÊNCIAS 1. Atkins P. W.; "Physical Chemistry"; 5th ed., Oxford Univ. Press, Oxford (1994). 2. D.P Schoemaker, C.W. Garland e J.W. Nibler, Experiments in Physical Chemistry, McGraw-Hill Edition, N.Y, 1989, 5a ed. 3. Sebastião J. Formosinho, “Fundamentos de Cinética Química”, Fund. Calouste Gulbenkian (1982). 4. J.L.Lathan, “Cinética elementar de reação” Fund. Calouste Gulbenkian,(1974). 4 REDUÇÃO DO AZUL DE METILENO OBJETIVOS REAGENTES REAÇÃO MB+ (azul) + ASH2 LB+ (incolor) + AS ROTEIRO DO EXPERIMENTO
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