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0 SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL SENAI JOINVILLE NORTE I TÉCNICO EM QUÍMICA Cinética Química e Equilíbrio Químico: Princípio de Le Chatelier Eliane Pereira João Pedro Pereira Rebeca Gisele Mariano Samir Laureano Angélica Joinville - SC 2019 1 Eliane Pereira João Pedro Pereira Rebeca Gisele Mariano Samir Laureano Angélica Cinética Química e Equilíbrio Químico: Princípio de Le Chatelier Trabalho sobre Cinética Química e Equilíbrio Químico: Princípio de Le Chatelier apresentado ao Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial – SENAI Joinville Norte I S.A. Técnico em Química. Professor Orientador: Edina Lurdes Bloot Joinville - SC 2019 2 SUMÁRIO INTRODUÇÃO 4 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 4 CINÉTICA 4 EQUILÍBRIO QUÍMICO 5 PRINCÍPIO DE LE CHATELIER 6 OBJETIVO 7 MATERIAIS E MÉTODOS 7 Procedimento 1.1 7 Procedimento 1.2 7 Procedimento 1.3 7 Procedimento 2 8 RESULTADO E DISCUSSÃO 8 CONCLUSÃO 12 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 13 3 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1- Decomposição do Peróxido de hidrogênio com iodeto………………..8 Figura 2- Decomposição do peróxido com enzima catalase da Batata………….9 Figura 3- Limalha de ferro no H2O2……………………………………………………10 Figura 4- Prego no H2O2……………….…...............................................................10 Figura 5- Tubos 1 e 2 com H2O2 , submetidos em diferentes temperaturas……11 Figura 6- Tubos A e B com CuSO4, com composto inicial e as reações após a adição de NaOH e HCl …………………………………………………………………..12 4 1. INTRODUÇÃO Muitos fatores influenciam no desenvolvimento de uma reação, tornando -as mais lentas ou mais rápidas. As velocidades das reações dependem de vários fatores, pois as reações químicas ocorrem com velocidades diferentes e estas podem ser alteradas, dependendo da concentração, temperatura, superfície de contato, pressão, concentração de reagentes e o uso de catalisadores, assim como no equilíbrio de cada reação, podendo ela ser direta ou reversa. Em laboratório foi realizado por diversos procedimentos que identificam as velocidades e equilíbrio das reações através das cinéticas químicas e equilíbrio químico. 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1. CINÉTICA Segundo Brown et al (2005\0 a cinética química são estudos de velocidades que ocorrem quando acontece uma reação química, estudando seus comportamentos e reações. De acordo com Souza (2019) determina a velocidade de uma reação, quanto a rapidez com que os reagentes são consumidos ou com que os produtos são formados, como exemplo na combustão de uma vela e a formação de ferrugem que é uma reação lenta,tanto na decomposição da nitroglicerina é uma reação rápida. As velocidades das reações químicas são chamadas leis da velocidade, que são determinadas através de leis empíricas, a partir do efeito da concentração dos reagentes e produtos na velocidade da reação. As velocidades das reações dependem de vários fatores, pois as reações químicas ocorrem com velocidades diferentes e estas podem ser alteradas, dependendo da concentração, temperatura e pressão a qual são exercidas. Quanto maior for a concentração de um determinado reagente maior será a velocidade da reação, sendo que, para que ocorre uma reação entre duas ou mais substâncias é preciso que as moléculas se choquem e haja quebra das ligações (SOUZA , 2019). 5 De acordo com Brown et al (2005) as temperaturas alteram a velocidade das reações, conforme a temperatura aumenta, as energias cinéticas das moléculas aumentam, pois quanto mais as moléculas se movimentam rapidamente, mais elas se chocam aumentando a velocidade das reações. Os catalisadores também influenciam no aumento da velocidade das reações, pois os mesmos não são consumidos durante a reação, e alteram os tipos de colisões que levam as reações a seguirem um caminho alternativo, exigindo uma menor energia de ativação (SOUZA, 2019). O estado físico dos reagentes também alteram as velocidades das reações, pois quando os reagentes estão em fases diferentes, como um gás e um sólido se limita a área de contato, como exemplo um medicamento em comprimido irá se dissolverá no estômago e entra mais devagar na corrente sanguínea do que o mesmo medicamento em pó (BROWN,2005). 2.2. EQUILÍBRIO QUÍMICO Segundo Castellan (1986) o Equilíbrio químico ou equilíbrio dinâmico é denominado pelo fato que a reação não para, ou seja, velocidade da reação direta e velocidade da reação indireta, isto é ambos nessa reação são exatamente iguais, e para isso as quantidades de reagentes precisam ser as mesmas dos produtos, desta forma mantendo o equilíbrio químico. Considerasse um sistema fechado à temperatura e pressão total constantes. Quando uma reação alcança o equilíbrio, a composição não tem mais nenhuma tendência em mudar, pois a reação não é espontânea em nenhuma direção. No Equilíbrio, o quociente reacional tem um determinado valor chamado de constante de equilíbrio (ATKINS, 1940). De acordo com Atkins (1940) , uma constante de equilíbrio expressa a composição de uma mistura em equilíbrio como uma razão de produtos de atividades, mesmo que seja limitado a atenção a sistema ideais, ainda é necessário que algum trabalho seja feito para que se possa obter as concentrações ou as pressões parciais dos reagentes e produtos no equilíbrio, a partir dos seus valores iniciais. 6 2.3. PRINCÍPIO DE LE CHATELIER O químico francês Henry Louis Le Chatelier (1850-1936) era engenheiro químico e metalúrgico, e divulgava a relação da química com a indústria. Em 1884, ele enunciou uma generalização (sobre o comportamento de sistemas em equilíbrio ao serem perturbados) que era simples, porém de grande alcance (ATKINS, 1940). O químico Henri Louis Le Chatelier propôs um princípio que afirma: “Quando um sistema em equilíbrio sofre algum tipo de perturbação externa, ele se deslocará no sentido de minimizar essa perturbação, a fim de atingir novamente uma situação de equilíbrio”. É possível provocar alteração em um equilíbrio químico por variações de temperatura, de concentração de participantes da reação e pressão total sobre o sistema (ATKINS, 1940). Para que haja perturbação no sistema existem três fatores que provocam as alterações, sendo assim os fatores de influência são a temperatura, concentração e pressão (FOGAÇA, 2018). Se, em uma reação em equilíbrio, com temperatura constante, aumentar a concentração de um, ou de todos os reagentes, a reação será deslocada no sentido direto, pois para entrar em um novo equilíbrio o sistema terá que gerar mais produtos. O contráriotambém ocorre: se aumentar a concentração dos produtos a reação se deslocará no sentido inverso, fornecendo mais reagentes (FOGAÇA, 2018). Aumentando a pressão de uma reação gasosa em equilíbrio, sem alterar a temperatura, ocorrerá uma contração do volume. Portanto, o equilíbrio se deslocará no sentido do menor volume, ou seja, que possui menos quantidade de matéria em mol. A diminuição da pressão, o volume dos gases se expandirá, deslocando o equilíbrio no sentido da reação com maior volume (maior número de mol) (FOGAÇA, 2018). Aumento da temperatura: o equilíbrio será deslocado no sentido da reação endotérmica (reação que absorve calor). Diminuição da temperatura: o equilíbrio será deslocado no sentido da reação exotérmica (reação que libera calor)(FOGAÇA, 2018). 7 3. OBJETIVO Verificar os fatores que influenciam na velocidade e no deslocamento do equilíbrio da reação. 4. MATERIAIS E MÉTODOS Procedimento 1.1 Neste procedimento foram utilizados três tubos de ensaio e nos mesmos foram inseridas com o auxílio de uma pipeta volumétrica o volume de 5 ml de peróxido de hidrogênio, logo após foi adicionado 3 gotas de detergente em cada tubo de ensaio. No primeiro tubo de ensaio foi adicionado aproximadamente 0.5 gr de iodeto potássio sólido, no segundo tubo foram inseridos fragmentos de batata e no último tubo não foi adicionado nenhuma matéria para reagir. Procedimento 1.2 Para este procedimento foi utilizado um prego e limalha de ferro, onde ambos com o auxílio de uma balança foi determinado a massa inicial, posteriormente em dois tubos de ensaio foi adicionado 5 ml de HCL 3 M utilizando uma pipeta volumétrica. No primeiro tubo foi inserido junto ao ácido clorídrico um prego e no segundo tubo também foi adicionado limalha de ferro junto ao ácido. Procedimento 1.3 Em um béquer de 400 ml foi adicionado 100 ml de água e posteriormente utilizado um micro-ondas para realizar o aquecimento, em contrapartida, com um outro béquer foi adicionado algumas pedras de gelo, cloreto de sódio e água. Com ambos líquidos e seus respectivos teores de calor inversos, ou seja, um deles apresentando alta temperatura e outro com baixa temperatura. Em cada béquer foi adicionado um tubo de ensaio contendo peróxido de hidrogênio, e observado as reações com ambos tubos. 8 Procedimento 2 Foi coletado com uma pipeta volumétrica 2 ml da solução preparada anteriormente de sulfato de cobre, adicionamos em dois tubos de ensaio a mesma alíquota, e foram demarcados com letra “A” e “B”, o tubo “B” foi utilizado como controle. No tubo “A” já presente o sulfato foi adicionado 2 ml de hidróxido de sódio, o mesmo foi agitado e observado a reação ocorrida momentaneamente, em segundo momento foi acrescido 2 ml de ácido clorídrico e também observado a reação 5. RESULTADO E DISCUSSÃO Foi verificado no procedimento 1.1 , que no tubo 1 ao adicionar o detergente e o iodeto de potássio no peróxido de hidrogênio, ocorreu a formação de uma espuma de coloração amarela, de acordo com a figura 1. Essa reação ocorreu devido a decomposição do peróxido de hidrogênio, que acontece de forma lenta, formando dois produtos água e oxigênio: 2H2O2 2H 2O +O2 . Os aq)( → l)( g)( catalisadores agem diminuindo a energia de ativação, aumentando a velocidade da reação. O peróxido de hidrogênio é instável, e sua decomposição é acelerada na presença de um catalisador, como o iodeto de potássio, que é um sal iônico que ao ser adicionado no peróxido, liberou oxigênio e junto com detergente formou a espuma em uma velocidade grande, a coloração amarela existente na espuma é a presença de iodo na reação. Figura 1. Decomposição do Peróxido de hidrogênio com iodeto (PEREIRA, 2019) 9 Na decomposição do peróxido de hidrogênio na presença do iodeto formou-se duas etapas:: 1 - H2O2 + I- H2O + IO-aq)( aq)( → l)( aq)( 2- H2O + IO- H 2O + O2 + I-l)( aq)( → l)( g)( aq)( Ao adicionar a batata no peróxido de hidrogênio, verificamos que ocorreu uma rápida decomposição do peróxido, formando bolhas (efervescência), de acordo com a figura 2, isso porque a batata contém enzima catalase, que atua como catalisador natural, acelerando a velocidade da reação. Assim podemos dizer que a enzima catalase também presente nos glóbulos vermelhos do nosso organismo atua como uma proteção, pois o peróxido de hidrogênio produzido em nossas células é tóxico, o mesmo possui alto poder de oxidação por liberar radicais livres, quando a catalase atua formam-se O2 e H2O, que é inofensivo para o nosso organismo. Figura 2. Decomposição do peróxido com enzima catalase da Batata (PEREIRA,2019) Em comparação com as reações ocorridas tanto no tubo 1 como no tubo 2, podemos dizer que são dois catalisadores, de origem diferentes que atuam em mesma função na decomposição do peróxido de hidrogênio, e ambos formam dois produtos após a reação. No procedimento 1.2 observamos que nos tubos 1 e 2, ao adicionar o prego e a limalha no ácido clorídrico, obteve formação de bolhas, de acordo com as figuras 10 3 e 4, pois notamos que ocorreu uma oxidação dos materiais inseridos. Portanto, no tubo 2 com a limalha de ferro, o HCl apresentou uma coloração acastanhada, devido a oxidação da limalha. O ferro é uma substância simples e o ácido uma substância composta, pois nesse tipo de reação o ferro perde elétrons que é recebido pelo hidrogênio do ácido, formando uma substância simples H2 e uma substância composta FeCl3, isso porque o ferro é mais reativo que o hidrogênio, conforme a reação abaixo: 2 Fe(s) + 6 HCl(aq) → 2 FeCl3(aq) + 3 H2(g) Figura 3. Limalha de ferro no H2O2 (PEREIRA,2019) Figura 4. Prego no H2O2 (PEREIRA,2019) Verificamos no procedimento 1.3 que cada béquer foi submetido a uma determinada situação, sendo que no béquer 1 houve o aquecimento da água e no béquer 2 foi colocado gelo e NaCl, após submergir os tubos de ensaio com H2O2 11 notamos que obteve a formação de bolhas na parte interna do tubo 1 e no tubo 2 apenas ficou gelada, (figura 5), isso porque a temperatura influencia na velocidade da reação, por sua vez quando aumentamos a temperatura de um determinado sistema, aumentamos a agitação das moléculas dos reagentes e proporcionamos mais energia, aumentando a quantidade de partículas que consequentemente aumentará a velocidade da reação. Figura 5. Tubos 1 e 2 com H2O2 , submetidos em diferentes temperaturas (PEREIRA,2019) Assim como quando adicionamos o Cloreto de sódio na água com gelo diminuímos a sua velocidade de reação, pois em um sistema água líquida/gelo a rapidez com que o gelo se funde é igual a água se congela, pois se encontra em equilíbrio dinâmico. Esse equilíbrio é perturbado pela adição NaCl,que se dissolve na água, diminuindo o número de moléculas de água, uma vez os íons Na+ e Cl– ocupam alguns pontos onde estavam as moléculas de água, como esses íons não conseguem se agrupar no gelo, resulta na diminuição da congelação da água. No procedimento 2 observamos que quando adicionamos no tubo A o NaOH sobre o CuSO4, obteve a formação de um precipitado de cor azul, de acordo com a seguinte reação: CuSO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + Cu(OH)2 Ao adicionar o HCl notamos que o precipitado obteve uma mudança, se desmanchando sobre o tubo, formando a seguinte reação: 12 Cu(OH)2 + Na 2SO4 + 2 HCl = CuSO4 + 2 NaCl + 2 H2O O HCl reage com os compostos e faz com que ocorra a formação de CuSO4, porém o sistema se torna irreversível, uma vez que é necessário adicionar outros componentes para que volte a forma inicial, ocorrendo uma alteração do equilíbrio químico, pois temos a formação de um sal praticamente insolúvel. (figura 6) Figura 6. Tubos A e B com CuSO4, com composto inicial e as reações após a adição de NaOH e HCl (PEREIRA,2019). 6. CONCLUSÃO Com o desenvolvimento dos procedimentos de cinética química e equilíbrio químico, podemos dizer que foi satisfatório, por mais que necessita de muita atenção. Compreendemos as diversas propriedades químicas e suas aplicações, aprendemos a importância da velocidade das reações, bem como a concentração, a temperatura e pressão a qual são exercidas sobre o sistema, e as alterações no equilíbrio químico de cada procedimento, bem como o uso de catalisador para acelerar as reações. Observamos que no procedimento 1.1 decomposição do peróxido de hidrogênio, ocorre de forma lenta, pois o mesmo é instável, e sua decomposição é acelerada na presença de um catalisador. Na reação do peróxido de hidrogênio com a batata, ocorreu a formação de bolhas devido a presença da enzima catalase, que 13 atua como catalisador natural, acelerando a velocidade da reação. E que no procedimento 1.2 notamos que a limalha de ferro e o prego, perdem elétrons que é recebido pelo hidrogênio do ácido, ocorrendo a oxidação. Logo no procedimento 1.3 entendemos que a temperatura influencia na velocidade da reação, uma vez que quanto maior a temperatura maior será a velocidade da reação, e quanto menor a temperatura menor será a velocidade da reação. No procedimento 2 ocorre a alteração do equilíbrio químico, pois temos a formação de um sal praticamente insolúvel, pois o sistema é irreversível, uma vez que necessário a adicionar outras substâncias. Compreendemos que o processo cinética química e equilíbrio químico é importante nas variadas reações químicas, pois a temperatura e pressão e o uso de catalisador alteram as velocidades das reações e conhecer os métodos, executá-los de forma correta, são eficazes para um resultado satisfatório. 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ATKINS, P. W. Físico-química: Fundamentos 3.ed. Editora LTC, Porto Alegre: Bookman, 2006. BROWN, Theodore; LEMAY, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E. Química: a ciência central. 9 ed. Prentice-Hall, 2005. CASTELLAN, G. Fundamentos de Físico-química. 1.ed. Editora LTC, Rio de Janeiro, 1986. FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. “O principio de Le Chatelier” Mundo Educação. Disponível em: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/o-principio-le-chatelier.htm. Acesso em 30 de Outubro de 2019. SOUZA, Líria Alves de. "Cinética Química"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/cinetica-quimica.htm. Acesso em 03 de novembro de 2019.
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