Relatório de Química Experimental - Cinética química (Experimento 8) - (UFF-VR)

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CINÉTICA QUÍMICA
INTRODUÇÃO
No estudo da química, existe um ramo que se estuda a velocidade das reações químicas e o que interferem nestas, este estudo é conhecido como Cinética Química. (FELTRE,2004) Sendo uma reação química, o fenômeno que ocorre quando ou duas ou mais substâncias, os reagentes, se combinam e reagem transformando um ou mais novas substâncias, os produtos. Nesta, as características das substâncias são alteradas de forma a formar novas, mas a quantidade de cada elemento permanece a mesma. (RUSSEL,2008)
A velocidade de uma reação é a rapidez em que os reagentes desta são consumidos ou a velocidade em que os produtos são formados, assim como na física, a velocidade necessita de um referencial. Algumas reações ocorrem lentamente e outras mais rápidas como pode ser observado na ferrugem, que leva anos para corroer um objeto de ferro e na explosão de dinamites, respectivamente.
Em química a velocidade é medida em que os reagentes são consumidos ou a quantidade de produto formado por unidade de tempo, ou seja, depois de determinado tempo t, todo o reagente já foi consumido, tendo assim, a quantidade máxima de produto. Desta forma, pode-se dizer que a velocidade média de uma reação é dada pela variação da molaridade de uma das substâncias pelo intervalo de tempo que essa variação ocorre.
Um dos objetivos da química é controlar a velocidade dessas reações de modo a ser rápido o suficiente para obter o melhor aproveitamento e de forma que não gere riscos. O ideal é obter uma reação de velocidade controlada. (FELTRE, 2004). Desta forma, estudaram-se os modos de alterar a velocidade de uma reação, observando que alguns fatores que interferem a esta são: Concentração, temperatura, pressão, superfície de contato e catalisadores.
Quando uma reação ocorre, as moléculas presentes nos reagente se chocam entre si para que haja a quebra das ligações para a transformação em produto. Quanto mais colisões ocorrem em determinado tempo, menor será a velocidade da reação. Dentre os fatores que influenciam a velocidade, a maioria se relaciona com o aumento das colisões. Como pode ser observado diretamente na formula da velocidade da reação, a concentração influi de forma direta no calculo da rapidez em que ocorre a reação, quanto maior a concentração, maior será a velocidade. Isso ocorre pois durante a reação, as moléculas se chocam entre si para que haja quebra das ligações, quanto maior a quantidade de moléculas, maior será o número de colisões. (BRASIL ESCOLA, 2014) O mesmo ocorre com o aumento de pressão, pois com o aumento da pressão, o volume diminui, fazendo assim que a concentração da solução aumente. 
Aumentando a temperatura da solução, aumenta-se também a energia cinética das moléculas, da mesma forma, aumentando as colisões entre si. Aumentando a superfície de contato, maior será o número de moléculas reagindo, aumentando também o número de colisões. O efeito oposto também ocorre, ou seja, diminuindo a concentração, a pressão, a temperatura e a superfície de contato, a velocidade da reação diminui. (PORTAL DE QUIMICA, 2014)
Esse aumento de velocidade pode ocorrer também através de catalisadores, que são substâncias que aumentam a velocidade da reação, mas não são consumidos pelo processo, esse aumento provocado pelo catalisador é conhecido como catálise. A ação do catalisador é sempre para reação um novo caminho, com energia de ativação menor. Ele pode atuar tanto da forma direta como na forma direta, além disso, nunca altera a quantidade de calor ou energia absorvida ou liberada pela reação, assim como não muda o rendimento da solução, produz a mesma quantidade de produto em um menor tempo.
 
OBJETIVO
Estudar os efeitos da concentração de reagentes em uma reação química, demonstrando graficamente a sua relação com a constante de velocidade da reação.
MATERIAIS E METODOS
Materiais Utilizados
- 3 Buretas
- 3 Béqueres
- 12 tubos de ensaio
- Água destilada
- Solução de ácido sulfúrico (H2SO4) – 0,3M
- Solução de tiossulfato de sódio (Na2S2O3) – 0,3M
- Cronômetro
Metodologia
Dos doze tubos, seis deles devem ser numerados, de forma a conhecer a solução presente em cada um deles e sua respectiva concentração. Além disso, esses tubos de ensaio devem possuir uma marcação a caneta em sua parte de trás na face do tubo oposta ao observador. As buretas utilizadas devem ser preenchidas com água destilada, ácido sulfúrico e tiossulfato de sódio, com o auxílio de béqueres e identificada de acordo com a solução correspondente.
Com o auxílio de uma bureta, deve-se preencher os tubos de ensaios numerados de um à seis com a solução de tiossulfato de sódio (Na2S2O3) numa concentração de 0,3 molar, sendo que cada tubo terá um volume diferente, da seguinte forma: Tubo 1 (6 ml), tubo 2 (5 ml), tubo 3 (4 ml), tubo 4 (3 ml), tubo 5 (2 ml) e tubo 6 (1 ml). Utilizando outra bureta, água destilada deverá ser acrescentada em cada um desses tubos, de modo que seu volume total final seja igual a 6 ml, mudando dessa forma, a concentração da solução ácida em cada tubo de ensaio. Esses tubos devem ser agitados para que a solução se torne homogênea.
Utilizando a terceira bureta, contendo ácido sulfúrico (H2SO4) em concentração de 0,3 molar, transfere-se 4 ml da solução para os seis tubos de ensaio restantes. Tendo todos os tubos preenchidos, dá-se inicio às reações. Deve-se pegar um tubo de ensaio contendo ácido sulfúrico e despejar no primeiro tubo de ensaio. Quando todo o líquido for derramado dentro do tubo numerado, deve-se iniciar a marcação de tempo no cronômetro zerado. Deve-se observar a reação ocorrer do lado oposto de onde houve a marcação do tubo e quando essa marcação não puder mais ser vista, a contagem de tempo deve ser parada e anotada.
Esse procedimento deve ser repetido para todos os seis tubos numerados, anotando-se o tempo em que cada reação ocorreu, com a finalidade de, posteriormente, com a concentração em mol/L e a velocidade em mol/s, fazer um gráfico.
Os conteúdos contidos em cada tubo devem ser descartados em um recipiente adequado e estes devem ser lavados imediatamente com água.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Feito o procedimento experimental, percebeu-se que quanto menor a concentração do íon S2O32-, maior o tempo de reação deste com o H2SO4. Tem-se a velocidade da reação dada por uma relação entre o número de mols de um reagente e o tempo da reação. Para calcular o número de mols desse reagente, utiliza-se uma relação entre o volume da solução e sua concentração. 
Onde: V é o volume da solução em ml e [A] é a concentração do reagente.
	Os dados coletados de volumes, concentração e tempo, assim como o número de mols da solução de tiossulfato de sódio e a velocidade de reação, calculados posteriormente, são descritos na Tabela 1.
Tabela 1: Velocidade dos reagentes
	 
	Volume
	Volume
	Volume
	Nº de mols 
	T (s)
	Velocidade 
	 
	S2O3-2 (ml)
	H2O (ml)
	total
	de S2O3-2
	 
	(mols/s)
	1
	6,00
	0,00
	6,00
	0,0018
	19,95
	0,000090
	2
	5,00
	1,00
	6,00
	0,0015
	25,00
	0,000060
	3
	4,00
	2,00
	6,00
	0,0012
	36,48
	0,000033
	4
	3,00
	3,00
	6,00
	0,0009
	51,83
	0,000017
	5
	2,00
	4,00
	6,00
	0,0006
	90,78
	0,000007
	6
	1,00
	5,00
	6,00
	0,0003
	242,88
	0,000001
Com base na equação reacional, mostrada abaixo, e sabendo a quantidade de mols dos reagentes foi possível calcular a velocidade dos produtos. Os valores encontrados são exibidos na tabela 2.
Na2S2O3 + H2SO4 -> H2S2O3 + Na2SO4
Tabela 2: Velocidade dos produtos
	
	Na2S2O3
	H2SO4
	Nº de mols
	Nº de mols
	T (s)
	Velocidade
	
	
	
	de H2S2O3
	de Na2SO4
	
	(mols/s)
	1
	0,0018
	0,0012
	0,0000
	0,0000
	19,95
	0,000000
	2
	0,0015
	0,0012
	0,0003
	0,0003
	25,00
	0,000012
	3
	0,0012
	0,0012
	0,0006
	0,0006
	36,48
	0,000016
	4
	0,0009
	0,0012
	0,0009
	0,0009
	51,83
	0,000017
	5
	0,0006
	0,0012
	0,0012
	0,0012
	90,78
	0,000013
	6
	0,0003
	0,0012
	0,00120,0012
	242,88
	0,000005
Para melhor análise dos resultados encontrados, foi traçado o gráfico 1. Nele pode-se ver que o valor da velocidade dos reagentes declina consideravelmente ao diminuir sua concentração.
Gráfico 1: Velocidade dos produtos e reagentes
	
CONCLUSÃO
A partir da prática realizada, comprovou-se a teoria da cinética química, analisando a velocidade de uma reação química, dada pela razão entre a quantidade de reagentes consumidos, ou produtos formados, por unidade de tempo, onde a concentração do soluto interfere na velocidade da reação.
Conforme observado, quanto maior a concentração do soluto, mais rápida é a reação, visto que propicia o maior número de colisões entre as partículas. Deste modo, quando o soluto está mais diluído no solvente, a quantidade de colisões se torna menor, por consequência, torna a reação mais lenta.
Os experimentos realizados buscaram reforçar os conceitos sobre cinética química e possibilitar a observação da velocidade da reação mudando a concentração do soluto analisado.
REFERÊNCIAS
FELTRE, Ricardo. Química Geral 6ª ed. V. 2. São Paulo. Moderna, 2004.
RUSSEL, J. B. Química Geral 2º ed. V. 1, São Paulo: Pearson Makron Books, 2008.
Brasil Escola, Lei de velocidade das reações químicas. Disponível em: <http://www.brasilescola.com/quimica/lei-velocidade-das-reacoes-quimicas.htm> Acesso em: 20 out 2014
Portal de Química. Fatores que influenciam a velocidade da reação química. Disponível em:<http://www.soq.com.br/conteudos/em/cineticaquimica/p5.php> Acesso em: 20 out 2014
Brasil Escola. Cinética Química. Disponível em: <http://www.brasilescola.com/quimica/cinetica-quimica.htm> Acesso em: 20 out 2014.