Relatório Cinética química

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Universidade Federal de Santa Catarina - Centro de Blumenau
Departamento de Ciências Exatas e Educação 
BLU1101 – Química Experimental 2018/1 
CINÉTICA DE REAÇÕES QUÍMICAS
Ana Cristina Mattje Zabot e Letícia Mayelin Ostrowski de Oliveira
Objetivo: Avaliar a velocidade de reações químicas compostas por reagentes em diferentes concentrações, buscando compreender como podem ser afetadas por agentes como temperatura e presença de catalisadores.
Palavras-chave: velocidade, concentração, temperatura
RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Utilizando uma solução com concentrações conhecidas, no experimento realizado, cronometrou-se o tempo de reação para mudanças no sistema da solução, sendo elas a variação de temperatura e mudança nas características observáveis das amostras, como a coloração. Cabe ressaltar que, bem como a concentração dos reagentes, a presença de catalisadores e condições de temperatura durante a realização dos experimentos foram analisadas como agentes determinantes na velocidade das reações. 
Entretanto, para que se inicie a discussão sobre a velocidade das reações no experimento realizado e para que este seja compreendido, é necessário o entendimento do conceito de velocidade, grandeza estudada em uma área da química chamada cinética. Uma reação expressa forma “Reagentes → Produtos” nos diz que no decorrer de uma reação, reagentes são gradualmente consumidos enquanto que produtos são formados. Dessa maneira, medindo-se o tempo é possível determinar a velocidade da reação¹, ou seja, a velocidade de uma reação química é a variação na concentração dos reagentes ou produtos por unidade de tempo. Neste experimento, a reação estudada é a formação de iodo (I2) a partir da reação do iodeto de potássio (KI) e persulfato de potássio (K2S2O8):2 I- + S2O8-2→ I2+ 2 SO4-2.
Para possibilitar as análises de como cada reagente influencia na velocidade de reação, usaram-se os seguintes materiais: quatro pipetas graduadas de 5ml, conta gotas para solução de CuSo4, termômetro, bacia com gelo, cronômetro e tubos de ensaio (enumerados de 1 a 8) contendo as soluções em temperatura ambiente (com exceção dos tubos 7 e 8, que foram aquecido e resfriado respectivamente) e quantizadas conforme o Anexo 1 (tabela 1). 
As reações químicas geralmente ocorrem em mais de uma etapa, sendo, em geral, uma mais lenta (determina a cinética da reação: lei de velocidade e ordem da reação) e, as demais, rápidas, onde o conjunto destas reações é denominado mecanismo de reação. No experimento realizado, temos: 
Foi adicionado tiossolfato de sódio (Na2S2O3) e amido (indicador da presença de iodo) ao meio reacional para que a medição da velocidade das reações pudesse ser feita, e enquanto a reação ocorria foi agitado o tubo de ensaio cuidadosamente com as mãos, para melhor 
mistura. O tiossulfato reage muito rapidamente com o iodo formado na reação principal (isso evita que seja indicado pelo amido) e regenera o iodeto, por isso, é consumido com a mesma velocidade de formação do iodo, ou seja, com a mesma velocidade de reação dos íons iodeto de potássio (KI) e persulfato de potássio (K2S2O8). Para que iodo seja mostrado pelo indicador amido, o tiossulfato deve ser consumido por completo. Assim, no momento em que o tiossulfato não estiver mais presente e consumindo iodo em sua reação, a amostra adquire uma coloração azul, devida à adsorção de íons triiodeto (I3-) pelas macromoléculas do amido².
	Entretanto, o observado no experimento foi a aderência de uma coloração muito escura, quase preta, no meio reacional, conforme o mostrado no Anexo 3. Pode-se afirmar, então, que o amido utilizado na reação estava na forma de amilose (molécula formada por resíduos de glicose que formam uma cadeia linear), pois, quando em contato com o iodo, adquire coloração azul muito intensa, como a observada: o iodo fica preso no interior da hélice formada por esta molécula (Anexo 4 e Anexo 5). Na presença de um agente oxidante, a coloração azul fica mais clara. Se o amido estivesse na forma de amilopectina, que não apresenta estrutura helicoidal, devido à presença das ramificações, a coloração seria menos intensa pois a interação com o iodo seria menor ³.
Entre as diferentes soluções, nota-se uma alteração no intervalo de tempo em que as reações foram finalizadas. Sendo t (segundos) o intervalo entre o início da reação (momento em que houve a mistura de todos os reagentes) e o aparecimento da coloração escura, e tendo 1 indicando a mesma variação nas concentrações de persulfato ou iodeto, tem-se a grandeza V (velocidade da reação) proporcional à velocidade inicial média da reação (Anexo 6). Para que se fosse calculada a velocidade de cada reação, cronometrou-se t, de modo que esse intervalo de tempo para cada tubo está disposto conforme o Anexo 2: Tabela 2.
	Visto que a velocidade de uma reação é afetada por fatores como estado físico dos reagentes (os reagentes devem entrar em contato para que reajam e quanto mais rapidamente às moléculas se chocam, mais rapidamente elas reagem. Quando as reações estão em fases diferentes, como quando um é gás e o outro é sólido, a reação está limitada à área de contato), concentração dos reagentes (à medida que a concentração aumenta, a frequência com a qual as moléculas se chocam também o faz), temperatura e presença de catalisadores (agentes que aumentam a velocidade das reações sem interferirem nos resultados), e que quanto maior o valor de V, mais rápida é a reação, analisou-se que:
Não se pôde fazer uma análise de velocidade de reação frente ao estado físico dos reagentes, visto que, em todos os tubos de ensaio, foi contado com substâncias somente em estado líquido;
Concentração dos reagentes: O tubo 1 foi usado como padrão comparativo e apresentou velocidade de reação 0,00552 s-1. Os tubos 2 e 4 tinham metade do volume dos reagentes (iodeto de potássio e persulfato de potássio respectivamente) e apresentaram velocidade 0,00256 s-1 e 0,00214, respectivamente. Já os tubos 3 e 5, apresentavam um quinto do volume dos reagentes (respectivamente iodeto e persulfato) e resultaram em velocidades 0,00305 s-1 e 0,000585. Em soma a isso, observa-se pelo Anexo 1 que a água deionizada não estava presente no tubo de ensaio 1, e também nos experimentos com maior velocidade em temperatura ambiente. Ela atua como excipiente e diluente. Ou seja, os fatores que aceleraram a velocidade de reação foram a ausência de água deionizada e maior concentração de reagentes. As comparações descritas podem ser melhor observadas no Anexo 7 (tabela 3).
A tubo de ensaio 7, submetido à maior temperatura, teve uma velocidade de reação mais rápida do que qualquer um dos ouros tubos. Isso ocorre porque o aumento da temperatura faz aumentar as energias cinéticas das moléculas, causando maior agitação destas, e, desta forma, mais rápido o choque entre elas. De maneira reversa, o resfriamento do sistema 8 fez com que a agitação molecular dos reagentes diminuísse, causando retardo na velocidade de reação;
A velocidade de reação no tubo 6, com presença de catalisador na mistura, foi mais alta do que a velocidade no tubo 1, com mesma quantidade de reagentes, mas sem catalisador. Isso ocorre porque a adição desta substância diminui a energia necessária para os compostos reagirem.4 
2.CONCLUSÕES
Pela observação dos aspectos analisados, é possível perceber que as velocidades das reações estudadas são claramente influenciadas por temperatura, concentração e presença de catalisador. O aumento das concentrações de iodeto de potássio e persulfato de potássio, bem como a temperatura contribuíram diretamente para acelerar a velocidade da reação. Por outro lado, a redução de temperatura e de concentração diminui a velocidade da reação, podendo ser assim uma ferramenta para controlar esta. Por fim, com a inclusão de catalisador é possível observar um aumento muito acelerado na velocidade e entende-se que utilizado em conjunto com outros fatores contribuintes para velocidade da reação, pode-se alcançar a velocidade máxima desta.De forma sucinta, pode-se dizer que foi​ ​concluído, ​ ​demonstrado​ ​e​ ​comprovado​ ​os​ ​efeitos​ ​na​ ​​ ​cinética​ ​das​ ​reações​.
3. REFERÊNCIAS 
4 ATKINS, Peter William; JONES, Loretta. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2012.
¹ CHANG, R. Química Geral – Conceitos Essenciais. 4. ed. Porto Alegre: Editora. Bookman, 2007. 5.
³ Disponível em < http://www.fcfar.unesp.br/alimentos/bioquimica/praticas_ch/testeamido .htm >. Acesso em 08 de abril de 2018.
 ² Disponível em < http://www.iqsc.usp.br/iqsc/servidores/docentes/pessoal/mrezende/ arquivos/ aula16.pdf >. Acesso em 08 de abril de 2018.
 
4.ANEXOS
	
	Tubos de ensaio
	Soluções
	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	
	
	KI 
0,10 mol/L
	5,0 mL
	2,5 mL
	1,0 mL
	5,0 mL
	5,0 mL
	5,0 mL
	5,0 mL
	5,0 mL
	Na2S2O3 0,005mol/L + amido
	2,5 mL
	2,5 mL
	2,5 mL
	2,5 mL
	2,5 mL
	2,5 mL
	2,5 mL
	2,5 mL
	Água deionizada
	-
	2,5 mL
	4,0 mL
	2,5 mL
	4,0 mL
	-
	-
	-
	K2S2O8 0,05 mol/L
	5,0 mL
	5,0 mL
	5,0 mL
	2,5 mL
	1,0 mL
	5,0 mL
	5,0 mL
	5,0 mL
	CuSO4
 0,10 mol/L
	-
	-
	-
	-
	-
	1 gota
	-
	-
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Volume total
	12,5 mL
	12,5 mL
	12,5 mL
	12,5 mL
	12,5 mL
	12,5 mL
	12,5 mL
	12,5 mL
	temperatura
	ambiente
	ambiente
	ambiente
	ambiente
	ambiente
	ambiente
	~45°C
	~5°C
Anexo - Tabela 1: tubos de ensaio com suas composições.
	
	Ensaio cinético
	
	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	[KI] solução
final(mol/L )
	0,0005
	0,000025
	0,000025
	0,0005
	0,0005
	0,0005
	0,0005
	0,0005
	[K2S2O8] solução final (mol/L )
	0,00005
	0,00005
	0,00005
	0,00025
	0,00005
	0,00005
	0,00005
	0,000051
	Temperatura (°C)
	28
	27
	28
	29
	28
	26
	45
	22
	Tempo (s)
	181
	390
	327
	466
	1710
	158
	46
	405
	Velocidade (1/s)
	0,00552
	0,00256
	0,00305
	0,00214
	0,000585
	0,00633
	0,0217
	0,00247
Anexo 2 - Tabela 2: Resultados obtidos no experimento de estudo cinético da reação do iodeto com o persulfato.
 
Anexo 3 – Fotografia dos resultados obtidos após reação completa nos tubos de ensaio.
Anexo 4 – Figura que ilustra a estrutura da amilose. Disponível em <(http://br.monografias.com/trabalhos/permeabilidade-membranar/permeabilidade-membranar.shtml)>. Acesso em 09 de abril de 2018.
 
Anexo 5 – Figura ilustrando o Iodo preso nas hélices da amilose. Disponível em <(http://umaquimicairresistivel.blogspot.com.br/2011/06/o-iodo-permite-detectar-presenca-de.html)>. Acesso em 09 de abril de 2018.
 
Anexo 6 – fórmula usada para obter a velocidade das reações químicas.
	Tubos comparados
	Diferença de concentração
	Velocidade
	1 e 2
	½ iodeto de potássio
	0,00552 > 0,00256
	1 e 3
	½ persulfato de potássio
	0,00552 > 0,00305
	1 e 4
	1/5 iodeto de potássio 
	0,00552 > 0,00214
	1 e 5
	1/5 persulfato de potássio
	0,00552 > 0,000585
Anexo 7 – tabela comparando velocidade de reação dos tubos de ensaio em relação à concentração de reagentes