Relatório de Cinética Química

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO
 CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E DA SAÚDE ‒ CCBS
DISCIPLINA: QUÍMICA GERAL E INORGÂNICA I
PROFª: DRª. SERGIANE DE JESUS ROCHA MENDONÇA
 
 
 
LÍVIA MARDULCE FONSECA CARVALHAL
 
 
CINÉTICA QUÍMICA 
 
 
 
 
SÃO LUÍS - MA
2022
LÍVIA MARDULCE FONSECA CARVALHAL
 
 
CINÉTICA QUÍMICA 
 
Relatório de prática experimental apresentado à disciplina de Química geral e Inorgânica do curso de Farmácia, primeiro período, da Universidade Federal do Maranhão, como requisito para obtenção de parte da terceira nota na disciplina.
Prof.ª Dr.ª Sergiane de Jesus Rocha Mendonça 
 
 
SÃO LUÍS – MA
2022
RESUMO
Neste trabalho, foram feitas abordagens sobre o tema cinética química, tendo enfoque nos seguintes tópicos: superfície de contato, diferenças de temperatura e de concentração. Após a análise sobre cinética química, foram realizados experimentos em laboratório, para verificar os dados na aula prática. Nesse intuito, o trabalho traz uma proposta que engloba tanto a área teórica da química quanto a parte prática envolvida na velocidade de uma reação química e dos fatores que influenciam esse processo.
Palavras-chave: Cinética química, experimentos, reação química.
SUMÁRIO
1.FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA...........................................................................................5
2.OBJETIVO...............................................................................................................................8
3.PARTE EXPERIMENTAL.....................................................................................................8
4.RESULTADOS........................................................................................................................9
5.DISCUSSÃO DOS RESULTADOS.....................................................................................11
6.CONCLUSÃO.......................................................................................................................13
7.REFERÊNCIAS.....................................................................................................................14
 
 
 
 
 
 
1.FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
A cinética está relacionada a “movimento”, quando pensamos nela da forma que a física nos ensinou a pensar. Entretanto, nas reações químicas, não há movimento, mas sim mudanças de concentração, e esta é a base de nossos estudos.
O termo “cinética química” é utilizado para descrever o estudo quantitativo das variações de concentração com o tempo quando ocorre uma reação química. 
O objetivo principal da cinética é o estudo da velocidade das reações químicas, e para isso é preciso o conhecimento de: o desenvolvimento de métodos experimentais que permitam medir as velocidades das reações, desde as mais lentas até as mais explosivas; o estudo dos fatores que influenciam nas velocidades das reações; e o estudo do “caminho” percorrido pelas reações.
Uma reação química ocorre quando três fatores envolvidos no mundo micromolecular acontecem. Eles são:
1- O choque de uma espécie química com outras ou com as paredes do recipiente na qual a mesma estiver.
2- A geração de alguma maneira de algum tipo de energia que permita que a espécie química reagente atinja um patamar mínimo de energia para que a reação possa ocorrer (Energia de Ativação).
3- A posição do choque. (fator muito importante nas reações orgânicas onde estiverem envolvidas substâncias com grandes cadeias).
Podemos, portanto, concluir que reações com energia de ativação muito pequena são muito rápidas. Na prática estas reações são instantâneas. Reações com energia de ativação média corresponderão a velocidades altas, ou não, conforme a importância do fator geométrico. E reações com Energia de Ativação da ordem de 100 Kcal serão tão lentas na temperatura ambiente que na vida prática até podemos dizer que “a reação não é perceptível”. 
O estudo cinético em sua quase totalidade depende de valores experimentais da reação que está sendo estudada. A velocidade de uma reação é definida como sendo a variação da concentração de um reagente por unidade de tempo. Essas concentrações são normalmente expressas em mol por litro (mol/L), e o tempo em minutos (min) ou segundos (s).
Representando-se por CA a concentração do regente A e representando-se por t o tempo, a velocidade de reação será então definida como sendo:
Velocidade média de consumo de A = - K ∆[CA ] / ∆t
Em uma reação aA + bB cC + dD, calculamos a velocidade média como:
 −∆[A] −∆[B] −∆[C] −∆[D]
vmédia da reação = K ——— = ——— = ——— = ———
 	a·∆t	b·∆t	c·∆t	d·∆t
Sendo K a constante de velocidade da reação, e o sinal negativo indica que a concentração do reagente diminui em função do tempo.
O termo “ordem” vem da matemática onde é utilizado na classificação das equações diferenciais. As leis de velocidade são equações diferenciais. Em cinética química, tais equações são classificadas de acordo com a ordem da reação. A ordem de uma reação é definida como sendo a soma das potências dos termos de concentração que aparecem na equação de velocidade da reação química. É normalmente, um número inteiro pequeno, podendo em casos especiais, ser zero ou fracionário. É importante ressaltar, que a ordem de reação é uma grandeza que normalmente é obtida a partir de dados experimentais, em grande parte das vezes sem o conhecimento real do mecanismo da reação. 
Molecularidade de uma reação é definido como sendo o número de espécies químicas reagentes que participam da etapa determinante da reação. A molecularidade é sempre um número inteiro, pequeno e diferente de zero. Reações “unimolecular” ou “bimolecular” designam reações cuja molecularidade é, respectivamente, um e dois.
Quando uma reação química possui uma baixa velocidade e se deseja de alguma forma acelerar esta velocidade, existem várias maneiras pelas quais esta ativação pode ser feita. As formas mais comuns de ativação de uma reação química são através da variação da temperatura ou a introdução de um catalisador no meio reacional. A velocidade da reação depende também da pressão, da área das superfícies em contato com os reagentes, da concentração dos reagentes, e dos choques entre as moléculas que reagem.
Pela teoria da colisão, para haver reação é necessário que as moléculas dos reagentes colidam entre si; a colisão ocorra com geometria favorável à formação do complexo ativado; a energia das moléculas que colidem entre si seja igual ou superior à energia de ativação. 
Colisão efetiva ou eficaz é aquela que resulta em reação, isto é, que está de acordo com as duas últimas condições da teoria da colisão. O número de colisões efetivas ou eficazes é muito pequeno comparado ao número total de colisões que ocorrem entre as moléculas dos reagentes. 
O aumento da temperatura do meio reacional faz com que a energia cinética das espécies químicas reagentes se eleve, o que normalmente acelera a quebra de ligações e a formação de novas moléculas. Uma elevação da temperatura aumenta a velocidade de uma reação porque aumenta o número de moléculas dos reagentes com energia superior à de ativação. Uma lei muito antiga, dos primórdios do estudo da Cinética é a Lei de Van´t Hoff: “Um aumento de 10ºC na temperatura de uma reação dobra a sua velocidade”. O mais importante é o conceito que esta lei embute, o conceito de que um aumento de temperatura provoca um aumento significativo de velocidade da reação. 
Catalisadores são substâncias que permitem acelerar uma reação sem serem consumidas. O catalisador não modifica o equilíbrio da reação, mas permite atingi-lo mais rapidamente, pois ele modifica o mecanismo da reação, executando-a em uma sequência de etapas cujas energias de ativação são todas bem inferiores à da reação não catalisada. Normalmente, apenas uma quantidade muita pequena de catalisador é usado e pode transformar uma quantidade ilimitada de reagentes. 
Relacionados aos catalisadores, existem alguns termos comumente utilizados no estudo da cinética. Eles são: Inibidor químico,que é uma substância que reduz parcialmente a atividade do catalisador; Veneno, que é a substância que reduz totalmente a atividade do catalisador; Reação Auto-Catalítica que, por sua vez, é a reação catalisada ou não na qual um dos produtos formados atua favoravelmente sobre a velocidade da reação. 
Além da ativação térmica ou catalítica as reações químicas podem ser ativadas de outras maneiras. Dentre as quais iremos citar a seguir. A Ativação Luminosa consiste na ativação de certos sistemas pela luz com um comprimento de onda adequado, a qual transfere ao sistema energia luminosa, que ativará um determinado reagente ou um determinado tipo de ligação na molécula. Como exemplo, tem-se a fotossíntese das plantas.
A Ativação Elétrica pode ser feita por dois processos: descarga e eletrólise. A descarga pode ser arco, faísca, descarga condensada etc. A eletrólise consiste na aplicação de uma corrente elétrica que provoca reações ao atravessar líquidos ionizados, soluções de eletrólitos ou de sais fundidos. 
A Ativação Radioquímica consiste na emissão de raios por substâncias radioativas naturais (alfa, beta e gama) ou raios artificiais (raios X, elétrons acelerados, nêutrons) que são capazes, devido à sua alta energia, de provocar reações nos sistemas mais inertes. 
2.OBJETIVOS 
Estudar o efeito da temperatura, da superfície de contato e da concentração na cinética da reação e estudar a cinética química na reação de obtenção de enxofre coloidal.
3.PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Experimento A
Efeito da Temperatura
1. Preparar aproximadamente 10 mL das seguintes soluções: ácido oxálico 0,1 mol/L, ácido sulfúrico 3,0 mol/L e permanganato de potássio 5,0 x10-3 mol/L;
2. No tubo de ensaio 1, colocar 3,0 mL de solução de ácido oxálico 3,0 mL da solução de ácido sulfúrico e 1,0 mL da solução de permanganato de potássio;
3. Observar e marcar o tempo necessário para que a solução fique incolor;
4. Em banho-maria na temperatura de 50°C, colocar o tubo de ensaio 2 as mesmas soluções descritas no item anterior.
Efeito da superfície de contato
5. No tubo de ensaio 3, colocar aproximadamente 0,40 g de cobre metálico sob forma de fio;
6. No tubo de ensaio 4, colocar a mesma massa de cobre em pó;
7. Acrescentar, a cada tubo de ensaio, cronometrando o tempo, 4,0 mL de ácido nítrico 3,0 mol/L. Observar.
Tabela 1. Equipamentos, vidrarias e reagentes do experimento A
	Equipamentos/Materiais
	Vidrarias 
	Soluções e produtos
	Balança analítica
Banho-maria
Termõmetro 100°C
Suporte universal
	(3) béquer de 50 mL
(3) Tubos de ensaio
(3) Pipeta graduada 5 mL
(3) Pipeta graduada 1 mL
	Cobre metálico (fio)
Cobre metálico (pó)
Ácido nítrico 3,0 mol/L
Ácido oxálico 0,1 mol/L
Ácido sulfúrico 3,0 mol/L
Permanganato de potássio 2,0x10-3 mol/L
Experimento B
1. Prepare 2 tubos de ensaio com as seguintes medidas:
Tubo I - 8mL de Na2S2O3
Tubo V - 6mL de H2SO4
2. Com um cronômetro, adicione o conteúdo do tubo V e do tubo I em u tubo, agite a mistura ao mesmo tempo que aciona o cronômetro e marque o tempo; Anote o tempo decorrido ao primeiro sinal de turvação (indica a formação do enxofre coloidal);
Tabela 2. Equipamentos, vidrarias e reagentes do experimento B
	Equipamentos/Materiais 
	Vidrarias
	Soluções e produtos
	Estante para tubo de ensaio
Pêras de sucção
	(3) Tubos de ensaio
(1)Béquer de 100mL
(2) Pipetas de 10mL
	Tiossulfato 0,1 mol/L
Ácido sulfúrico 1,0 mol/L
4.RESULTADOS
Experimento A
Tabela 3. Resultados do efeito da temperatura
	Tubos
	Tempo (s) da reação 
	Temperatura (°C)
	I
	42:34
	25-30 (temp. ambiente)
	II
	14:14
	50
2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4  K2SO4 + 2MnSO4 + 10CO2 + 8H2O
Soluções ficaram incolores. 
Tabela 4. Resultados do efeito da superfície de contato
	Tubos
	Tempo (min) da reação
	Apresentação do Cobre
	III
	47:38
	Pó
	IV
	45:55
	Fio
3Cu + 8HNO3  3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO
Amostras adquiriram tons azulados e formação de gás, sendo que o tubo contendo cobre em pó, depois de certo tempo, começou a apresentar coloração verde.
Experimento B
Tabela 5. Resultados do efeito da concentração
	Grupo
	Tiossulfato (mL)
	Ácido sulfúrico (mL)
	Água(mL)
	Tempo da reação (min)
	Concentração final (mol/L)
	1
	8
	6
	0
	01:01
	1,1
	2
	6
	6
	2
	01:00
	0,825
	3
	4
	6
	2
	04:30
	0,816
Na2S2O3 + 3H2SO4  3H2O + Na2SO4 + 4SO2
Na2S2O3 + 3H2SO4 + H2O  Na2SO4 + 4H2SO3
As soluções ficaram turvas e esbranquiçadas, ou seja, houve formação do enxofre coloidal.
5.DISCUSSÃO DOS RESULTADOS 
Experimento A
Quanto ao efeito da temperatura: percebe-se que as soluções estavam idênticas, o real fator que fez com a reação fosse mais que a outra foi a diferença de temperatura, ficando evidente que a solução do tubo levado ao banho maria (50°C) ficou incolor muito mais rapidamente. 
Isso ocorre porque a temperatura é uma medida da agitação térmica das partículas que compõem uma substância. Isso significa que se aumentarmos a temperatura, a agitação das moléculas também aumentará; e o contrário também é verdadeiro: com a diminuição da temperatura, a agitação das moléculas também diminuirá.
Um aumento na agitação das moléculas faz com que elas se movimentem mais rapidamente, aumentando a probabilidade de se colidirem de forma efetiva e com maior frequência. Como resultado, os reagentes atingirão mais rapidamente o complexo ativado que é o estado intermediário entre os reagentes e os produtos de uma reação.
Quanto ao efeito da superfície de contato: percebe-se que as amostras iguais em vários aspectos, exceto a superfície de contato, que foi o diferencial entre elas e o fator que influenciou a diferença de velocidade entre as duas, sendo que o tubo que continha o cobre em pó começou a reação mais rapidamente.
Isso ocorre porque as reações acontecem entre as moléculas que ficam nas superfícies dos reagentes. Elas realizam colisões que, se forem efetivas (com orientação correta e com a quantidade de energia necessária), resultarão na quebra das antigas ligações e formação de novas ligações, ou seja, a reação química ocorrerá. Portanto, quanto maior for a superfície de contato, mais moléculas estarão em contato umas com as outras, maior será a probabilidade de ocorrerem choques efetivos e mais rápida será a reação. 
Experimento B
Quanto à influência da concentração: percebe-se que as soluções de cada grupo tinham diferentes volumes de Tiossulfato, sendo que a quantidade de ácido sulfúrico foi igual pra todos e os grupos 2 e 3 tinham ainda outro componente nas soluções, 2mL de água, tornando-as menos concentradas ainda. O certo seria a solução mais concentrada reagir mais rápido, porém, o grupo 2 obteve um tempo menor que o grupo 1, que obtinha o tubo de maior concentração, como observado na tabela 5.
Isso deve ocorrer porque o aumento da concentração dos reagentes faz com que se tenha uma maior quantidade de partículas ou moléculas confinadas num mesmo espaço. Isso aumenta a quantidade de choques entre elas e aumenta também a probabilidade de ocorrerem colisões eficazes que resultem na ocorrência da reação. O resultado é que a reação deve ocorrer com maior rapidez.
6.CONCLUSÃO
Através dos resultados obtidos na pratica laboratorial para obtenção das reações químicas, conclui-se que as teorias cinéticas de fato são verídicas, pois com diferentes superfícies de contato, valores de concentração e temperatura a velocidade da reação se altera e, isto ocorre, pois ao mudar ou aumentar essas variáveis, o numero de colisões na reação é muito mais efetivo e, portanto, maior velocidade da reação.
Sua importância é muito ampla, já que se relaciona com temas como, por exemplo, a rapidez com que um medicamento atua no organismo ou com problemas industriais, tais como a descoberta de catalisadores para acelerar a síntese de algum produto novo.
7.REFERÊNCIAS
APOSTILA DE CINÉTICA QUÍMICA EADQUI047. [s.l: s.n.]. Disponível em: <https://www2.ufjf.br/quimicaead/wp-content/uploads/sites/224/2013/03/APOSTILA-DE-CIN%C3%89TICA-QU%C3%8DMICA_EADQUI047.pdf>. Acesso em: 10 dez. 2022 
CATÁLISE META. [s.l: s.n.].Disponível em: <https://cesad.ufs.br/ORBI/public/uploadCatalago/11404316022012Cinetica_Quimica_Aula_6.pdf>. Acesso em: 10 dez. 2022 
‌Cinética Química. Disponível em: <http://professor.ufop.br/sites/default/files/claudio/files/cinetica_quimicaalunos.pdf>. Acesso em: 10 dez. 2022
Fatores que alteram a velocidade das reações químicas. Disponível em: <https://www.soquimica.com.br/conteudos/em/cineticaquimica/p5.php>. Acesso em: 10 dez. 2022 
COLA, E. Cinética Química. Disponível em: <https://www.coladaweb.com/quimica/fisico-quimica/cinetica-quimica>. Acesso em: 10 dez. 2022. Acesso em: 10 dez. 2022
Questionário Reações Químicas
1. Com relação à reação de precipitação, informe: 
a) Qual a fórmula e o nome do composto insolúvel formado na reação. 
Cloreto de Prata (AgCl)
b) Escreva a equação iônica completa e simplificada da reação. 
Completa: H⁺ + Cl¯ + Ag⁺ NO3¯ AgCl + H⁺ + NO3¯
Simplificada: Cl¯ + Ag⁺ AgCl
2. Com relação às reações com formação de gás: 
a) Informe o nome e fórmula do gás formado. 
Procedimento 9 - dióxido de carbono (CO2)
Procedimento 10 - gás hidrogênio (H2)
b) Equacione a reação química realizada. 
P.9 - CaCO3 + 2HCl CaCl2 + H2O + CO2
P.10 - 6HCl + 2Al 2AlCl3 + 3H2
3. Com relação à reação que houve mudança na temperatura, responda: 
a) Houve aumento ou diminuição da temperatura? 
No procedimento 11 foi dissolvido hidróxido de sódio (NaOH) em água destilada, apresentando um aumento na temperatura, que indicou o início da reação.
b) O processo é exotérmico ou endotérmico? Explique. 
Exotérmico, pois o NaOH liberou grande quantidade de calor, o que pôde ser constatado no aumento da temperatura da solução.
4. Com relação à reação com magnésio, responda: 
a) Qual o nome e fórmula da substância branca que se formou na reação? Escreva a equação química.
Óxido de magnésio (MgO); 2Mg + 02 2Mg02
b) Após a diluição com água destilada ao produto formado e adição da fenolftaleína, o que aconteceu? Por quê? 
Com a diluição, formou-se uma solução de Mg(OH)2 que adquiriu coloração rosa após a adição de fenolftaleína, já que o hidróxido de magnésio atua como base, e a fenolftaleína, quando em contato com soluções básicas, torna-se rosa.
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