Relat-rio 05

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CENTRO DE CIÊNCIA EXATAS
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS
Departamento de Química
RELATÓRIO 05
FATORES QUE ALTERAM A VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO QUÍMICA
Artur Carmo dos Santos
Nicole Lima Pissinate
Kayo Victor Barbosa Ferreira
Relatório acadêmico do Curso de
Graduação de Química apresentado
como parte das exigências da
disciplina de Química Geral
Experimental II, sob orientação do
professor Marcos Benedito.
Vitória
2024
1. INTRODUÇÃO
Ao realizar um estudo sobre uma determinada reação química, um fator de grande relevância
é a velocidade em que a reação ocorre. O campo da química responsável pelo estudo desse
fator é a cinética, que analisa, em nível macroscópico, a velocidade de uma reação, meios
para a sua obtenção experimental e os aspectos que a influenciam. Dentre os aspectos
estudados, destacam-se a temperatura, a concentração dos reagentes, a superfície de contato e
a presença de catalisadores (KOTZ, 2016).
A temperatura em um processo reacional está diretamente ligada ao grau de agitação das
moléculas. O aumento da temperatura eleva a energia cinética, fazendo com que as moléculas
se movimentem mais rapidamente. Isso resulta em um maior número de choques efetivos
entre elas e, consequentemente, em um aumento na velocidade da reação (BROWN, 2005).
Por sua vez, a concentração dos reagentes também impacta a velocidade de uma reação. Em
reagentes com maiores concentrações, há uma maior quantidade de moléculas disponíveis no
processo reacional, o que aumenta a frequência das colisões entre elas. Desse modo, ocorre
um aumento na velocidade da reação (BROWN, 2005).
A superfície de contato é outro fator que influencia a velocidade da reação. Quanto maior a
facilidade de aproximação entre as moléculas dos reagentes, maior será o número de colisões
efetivas e, consequentemente, maior será a velocidade da reação. Um exemplo claro dessa
influência é a absorção de medicamentos pelo organismo: um medicamento em pó fino é
assimilado mais rapidamente na corrente sanguínea do que um comprimido, devido à maior
superfície de contato disponível para a reação (BROWN, 2005).
Já os catalisadores são substâncias que aumentam a velocidade de um processo reacional ao
fornecer um mecanismo de reação alternativo. A energia de ativação, que representa a
barreira energética a ser superada para que a reação ocorra, torna-se reduzida nesse novo
caminho, conforme pode ser observado na Figura 1. Dessa forma, um maior número de
moléculas adquire energia suficiente para reagir, resultando em um aumento na velocidade da
reação (ATKINS, 2018).
Figura 1: Energia de ativação necessária em reações com e sem a presença de catalisadores
Fonte: Retirado de ATKINS (2018).
Sendo assim, o presente experimento tem por objetivo analisar e observar experimentalmente
a influência da temperatura, concentração dos reagentes, superfície de contato e dos
catalisadores na velocidade de uma reação química, além de relacionar os resultados obtidos
com as previsões descritas na literatura.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
2.1. Materiais e Reagentes
Materiais Reagentes
● Béquer
● Pipeta pasteur
● Vidro de Relógio
● Espátula
● Tubo de ensaio
● Cadinho
● Chapa de Aquecimento
● Gelo
● Na₂S₂O₃ 0,1 mol/L
● Na₂C₂O₄ 0,1 mol/L
● H₂SO₄ 1,0 mol/L
● KMnO₄ 0,05 mol/L
● MnSO₄ 0,1 mol/L
● Placa de Zinco
● Zinco em pó
● Iodo
2.2. Métodos
A) Os experimentos a seguir foram feitos para mostrar como a superfície de contato
influencia uma reação.
I. Com o auxílio de uma palha de aço, foi realizado o polimento de uma placa de zinco.
Em seguida, com a ajuda de uma espátula limpa, foi coletada uma pequena
quantidade de zinco em pó. Ambos foram colocados em vidros de relógio separados.
II. Adicionou-se uma pequena quantidade de iodo triturado nos vidros de relógio que
continham zinco metálico e o zinco em pó.
III. Ambos os vidros foram levados à capela, onde, com o auxílio de um conta-gotas,
foram adicionadas algumas gotas de água sobre a placa de zinco contendo cristais de
iodo e sobre o zinco em pó misturado com iodo.
B) Os experimentos a seguir foram realizados a fim de observar a influência dos
catalisadores na velocidade de uma reação
I. Foram separados dois tubos de ensaio grandes e, com o auxílio de uma caneta,
realizou-se a marcação de um deles para distingui-los. Em ambos os tubos,
adicionaram-se 2,5 mL de oxalato de sódio (Na₂C₂O₄) 0,1 mol/L. Em seguida, foram
acrescentados 2 mL de ácido sulfúrico (H₂SO₄) a 1,0 mol/L em cada tubo.
II. Com um conta-gotas limpo, adicionou-se uma gota de solução de sulfato de manganês
(MnSO₄) 0,1 mol/L apenas no tubo previamente marcado. Após essa etapa, o
conteúdo do tubo foi homogeneizado.
III. Em seguida, com um conta-gotas lavado, adicionaram-se 2 gotas de permanganato de
potássio (KMnO₄) a 0,05 mol/L em cada tubo, realizando à mistura cuidadosa das
soluções nos tubos de ensaio em sequência.
C) Os experimentos a seguir foram realizados para analisar a influência da concentração dos
reagentes na velocidade de uma reação
I. Com o auxílio de uma pipeta conta-gotas, adicionou-se 4 mL de tiossulfato de
sódio (Na₂SO₃) 0,1 mol/L em um tubo de ensaio.
II. Em seguida, inseriu-se 3 gotas de ácido sulfúrico (H₂SO₄) 1,0 mol/L no
mesmo tubo de ensaio. Logo após, cronometrou-se o tempo necessário para
que a solução presente no tubo de ensaio ficasse turva, impedindo a
visualização de uma marcação realizada previamente em um papel.
III. As etapas anteriores foram repetidas para as seguintes diluições:
● 3 mL de Na₂SO₃ e 1 mL de H₂O;
● 2 mL de Na₂SO₃ e 2 mL de H₂O;
● 1 mL de Na₂SO₃ e 3 mL de H₂O.
D) Os experimentos a seguir foram realizados para observar a influência da temperatura na
velocidade de uma reação:
D1 – Experimento com água quente
I. Inicialmente, mediu-se 100 mL de água em um béquer de 250 mL. Após isso,
o béquer foi levado para o aquecimento em uma placa aquecedora sob
temperatura de 60°C.
II. Em um tubo de ensaio, inseriu-se 2 mL de tiossulfato de sódio (Na₂SO₃) e 2
mL de água fria. Em sequência, o tubo de ensaio contendo a solução foi
levado ao aquecimento, inserindo-o no béquer com água quente durante 3
minutos.
III. Após os 3 minutos, retirou-se o tubo de ensaio do béquer, adicionou-se 3 gotas
de ácido sulfúrico (H₂SO₄) 1 mol/L e realizou-se a vedação do tubo de ensaio
com uma rolha. Por fim, cronometrou-se o tempo necessário para que a
solução ficasse turva, impedindo a visualização de linha preta presente em
uma folha de papel.
D2 – Experimento com água fria
I. Em um béquer, colocou-se uma mistura de água com gelo para obter uma
temperatura menor.
II. Em um tubo de ensaio, adicionou-se 2 mL de tiossulfato de sódio (Na₂SO₃) 0,1
mol/L e, com um conta-gotas limpo, inseriu-se 2 mL de água.
III. Realizou-se a homogeneização da solução presente no tubo de ensaio, que em
seguida foi colocado no béquer com água fria durante 3 minutos.
IV. Passado o tempo de espera, o tubo de ensaio foi retirado e foram adicionadas
gotas de ácido sulfúrico (H₂SO₄) 1 mol/L. O tubo de ensaio foi fechado com
uma rolha para a vedação e, em seguida, foi cronometrado o tempo necessário
para que a solução apresentasse aspecto turvo.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1. Influência da superfície de contato na reação entre Iodo e Zinco
Ao reagir zinco metálico com iodo, um elemento químico que se apresenta em estado sólido à
temperatura ambiente, ocorre uma reação chamada reação de oxirredução, onde elétrons são
transferidos de um átomo que foi oxidado para um átomo que foi reduzido (BROWN, 2005).
A definição acerca de qual átomo será reduzido ou oxidado é feito com base no seu potencial
padrão de redução, onde aquele que possuir maior potencial padrão de redução será reduzido
e aquele que apresentar menor potencial padrão de redução será oxidado.
No caso do zinco metálico e o iodo, o zinco apresenta potencial de redução igual a - 0,76V,
enquanto o iodo apresenta potencial padrão igual a + 0,54V. Desse modo, nareação de
oxirredução entre esses compostos, o zinco metálico sofre oxidação enquanto o iodo sofre
redução. Assim sendo, a equação que representa a reação entre esses dois elementos é
descrita da seguinte forma:
(eq. 1)𝑍𝑛(𝑠)
 
+ 𝐼
2 
(𝑠) → 𝑍𝑛2+(𝑎𝑞) + 2𝐼−(𝑎𝑞) ∆𝐸0 = + 1, 29𝑉 
Ressalta-se que a transferência de elétrons que ocorrem em reações de oxirredução produz
energia na forma de calor (BROWN, 2005). Na reação em questão, esse calor liberado é
absorvido pelo excesso de iodo, que usará essa energia térmica para passar do estado sólido
para o estado gasoso, onde se apresentará como um gás de coloração violeta.
Nesse sentido, ao realizar os experimentos descritos no item A da metodologia, observou-se
que a mudança de estado físico, acompanhada pelo aparecimento de um gás de coloração
violeta, ocorreu de forma mais rápida quando o zinco em pó reagiu com o iodo, em
comparação com a reação envolvendo o zinco na forma de uma barra polida.
Isso ocorre porque, ao utilizar o zinco em forma de pó fino, as moléculas dos reagentes ficam
mais próximas, resultando em uma maior superfície de contato entre o zinco e o iodo. Essa
proximidade aumenta a frequência de colisões entre as moléculas, aumentando a velocidade
da reação. Consequentemente, a produção de energia na forma de calor, devido à
transferência de elétrons, também ocorre de maneira mais rápida, acelerando a conversão do
estado físico do iodo e promovendo o aparecimento do gás violeta de forma mais repentina.
Durante esse experimento ainda notou-se, ao analisar a barra de zinco polida, o aparecimento
de uma mancha. O aparecimento dessa mancha pode ser explicado pela formação de iodeto
de zinco, um sólido branco, que é depositado na superfície da barra de zinco, levando ao
aparecimento de tal mancha.
Portanto, observa-se que a forma física do reagente influenciou na velocidade da reação, com
o zinco em pó acelerando o processo e favorecendo o aparecimento mais rápido do gás
violeta.
3.2. Influência do catalisador na velocidade de uma reação
Os experimentos descritos pelo item B da metodologia resultam na seguinte reação química
descrita pela Figura 2:
Figura 2: Reação de Oxirredução realizada no item B da metodologia
Fonte: Chemequations.com
Destaca-se que a presença do ácido sulfúrico nessa reação fornece um meio ácido para o
sistema, o que favorece a reação de oxirredução, já que, em meio ácido, o permanganato de
potássio atua como agente oxidante de forma mais eficaz.
Outro fator que favoreceu a reação de oxirredução foi a presença do catalisador,
especificamente o sulfato de manganês, que reduziu a energia de ativação da reação, ou seja,
a barreira energética a ser superada para a reação ocorrer. Isso permitiu que mais moléculas
alcançassem a energia necessária para reagir, acelerando significativamente a velocidade da
reação. Durante o experimento isso foi perceptível ao observar que a solução no tubo de
ensaio com o catalisador apresentou as mudanças químicas, como as alterações de cor, de
forma muito mais rápida em comparação ao tubo sem o catalisador.
No entanto, é necessário ressaltar que o catalisador não é imprescindível para a ocorrência da
reação, uma vez que a solução presente no tubo de ensaio no qual não foi adicionado o
catalisador também passou pelas mesmas mudanças químicas, necessitando apenas de um
intervalo de tempo maior para isso.
Assim sendo, esse experimento mostrou que um catalisador é capaz de aumentar
consideravelmente a velocidade de uma reação, mas que apesar disso a sua presença em
reações químicas não é obrigatória.
3.3. Influência da concentração na velocidade de uma reação.
Finalizados os experimentos descritos pelo item C da metodologia, obteve-se os seguintes
resultados expressos na Tabela 1:
Tabela 1. Tempo decorrido para que a solução se tornasse turva
Combinação Na2SO3 mL H2O mL H2SO4 (gotas) Tempo (s)
A 4,0 0,0 3 55,47
B 3,0 1,0 3 70,00
C 2,0 2,0 3 136,45
D 1,0 3,0 3 420,90
Fonte: Autoria do (s) próprio (s) autor (es).
Durante o experimento, observou-se que, à medida que a concentração de Na2SO3 diminuía
devido à diluição, o tempo necessário para que a solução se tornasse opaca aumentava. Essa
opacidade ocorre devido à formação de enxofre sólido (S), conforme descrito pela reação:
Na2SO3 (aq) + H2SO4 (aq) ⇋ S (s) + SO2 (g) + H2O (l) + Na2SO4 (aq) (eq.2)
A diminuição da concentração de Na2SO3 reduz o número de moléculas disponíveis no meio
reacional, o que diminui a frequência de colisões entre os reagentes. Como consequência, a
velocidade da reação é reduzida, retardando a formação de enxofre sólido e, portanto, o
aparecimento da opacidade na solução.
3.4. Influência da temperatura na velocidade de uma reação
Ao finalizar os experimentos descritos no item D da metodologia, verificou-se que o tempo
necessário para que uma solução contendo 2 mL de Na2SO3 0,1 mol/L adquirisse aspecto
opaco foi de 14,87 segundos ao ser inserida em um béquer com água quente. Essa mesma
solução levou aproximadamente 287,35 segundos para se tornar turva quando inserida em um
béquer com água fria, ou seja, um tempo cerca de 19 vezes maior em comparação com o
ambiente aquecido.
Se compararmos esses valores com o tempo necessário para que a mesma solução em
temperatura ambiente se tornasse opaca, observamos uma coerência nos resultados. O maior
tempo registrado ocorreu na menor temperatura (água fria), enquanto, em temperatura
ambiente, o tempo necessário foi intermediário entre os dois valores obtidos nos
experimentos. Já o menor tempo registrado foi durante a maior temperatura (água quente),
Essa diferença está diretamente relacionada à influência da temperatura na velocidade das
reações químicas. O aumento da temperatura eleva a energia cinética das moléculas,
aumentando a frequência e a eficácia das colisões entre elas (ATKINS, 2018). Isso acelera a
formação de produtos, como o enxofre sólido, que causa o aspecto opaco na solução.
Por outro lado, em temperaturas mais baixas, as moléculas possuem menos energia cinética,
resultando em colisões menos frequentes e menos efetivas. Dessa forma, o processo reacional
é mais lento, aumentando o tempo necessário para que o enxofre sólido se forme e a solução
adquira o aspecto turvo.
4. CONCLUSÃO
Conclui-se que uma maior superfície de contato entre os reagentes aumenta a frequência de
colisões, acelerando a reação. Os catalisadores, ao reduzir a energia de ativação, também
aumentam a velocidade. A concentração dos reagentes impacta diretamente na quantidade de
moléculas, de modo que concentrações menores reduzem a velocidade. Por fim, o aumento
da temperatura eleva a energia cinética das moléculas, intensificando as colisões e acelerando
a reação. Assim, os objetivos do relatório foram alcançados, comprovando
experimentalmente a influência de cada fator na velocidade das reações químicas.
5. REFERÊNCIAS
1. ATKINS, P.; JONES, L.; Princípios de Química, questionando a vida moderna e o meio
ambiente; 7ª Ed, Bookman Companhia Ed., 2018. 1094 p.
2. KOTZ, John C.; TREICHEL, Paul M.; TOWNSEND, John R.; TREICHEL, David A.
Química Geral e Reações Químicas - Volume 2 - Tradução da 9ª edição norte-americana
. 3.ed. Porto Alegre: +A Educação - Cengage Learning Brasil, 2016. E-book. 1210 p. ISBN
9788522118304. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788522118304/.
3. BROWN, T. L.; LEMAY, H. E.; BURSTEN, B. E.; BURDGE, J. R. Química: a ciência
central. 9 ed. Prentice-Hall, 2005. 987 p.