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CINÉTICA QUÍMICA Introdução A cinética química estuda os fatores que influenciam uma reação química e também a velocidade em que ela ocorre. Sabe-se que as reações podem se processar lenta ou rapidamente. Não existe uma velocidade geral para todas as reações químicas, cada uma acontece em sua velocidade específica. Algumas são lentas e outras são rápidas. Como por exemplo: ao se guardar alimentos na geladeira, retarda-se a sua decomposição; a neutralização de um ácido por uma base e a queima do álcool etílico ocorre rapidamente; já a oxidação de um metal exposto ao ar ocorre lentamente. Reações químicas que envolvem interações de íons ocorrem rapidamente, pois, eles são capazes de atrair-se reagirem entre si, ao contrário das espécies covalentes, que reagem lentamente. A velocidade das reações químicas depende de uma série de fatores: a concentração das substâncias reagentes, a temperatura, a luz, a natureza dos reagentes, a presença de catalisadores e a superfície de contato. A velocidade de uma reação é controlada por dois fatores: 1- O número de moléculas que estão reagindo (Isso aumenta o número de colisões efetivas). 2- A fração de colisões efetivas que ocorrem. A energia mínima para que as espécies se colidam é chamada de energia de ativação. Catalisadores diminuem a energia de ativação fazendo com que a velocidade da reação ocorra mais rapidamente. A velocidade de uma reação química, aA + bB + cC..., é: Velocidade = K(A)¹ (B)² (C)³, onde 1, 2 e 3 são índices obtidos do estudo do mecanismo da reação. Objetivos Observar os efeitos da concentração e temperatura na velocidade de reação, bem como o efeito dos catalizadores. Desenvolvimento Procedimento Experimental Experimento (i) Foram numerados 5 tubos de ensaio; Ao tubo 1 foi adicionado 10mL de solução de KIO3 a 0,01 mol L-1; Aos demais tubos foram adicionados respectivamente 8,6,4 e 2 mL desta solução de acordo com a numeração; No tubo de número 2 foi adicionado 2 mL de água destilada; Todos os tubos foram completados com água destilada para que o volume da solução igualasse a 10 mL; Cada tubo foi agitado para homogeneizar as soluções; No tubo de número 1 foi adicionado 10 mL de solução de NaHSO3 a 0,04% m/v; Utilizando um cronômetro, foi marcado o tempo desde o momento que se começou a adicionar a solução de NaHSO3, até o início do aparecimento de uma coloração azul; Tais resultados foram anotados na tabela I; Foi repetidos os procedimentos 7,8 e 9 com os demais tubos de ensaio. Experimento (ii) Em um tubo de ensaio foi adicionado 5 mL de solução de KIO3; Em outro tubo de ensaio foi adicionado 5 mL de solução de NaHSO³; Foi medida a temperatura no interior dos dois tubos; Ao tubo que continha a solução de KIO3 foi adicionado a solução de NaHSO3; O tubo de ensaio foi agitado para homogeneizar a solução; Com o auxilio de um cronometro, foi medido o tempo necessário para a reação acontecer. Os procedimentos 1 e 2 foram repetidos, porém as soluções foram resfriadas utilizando um banho de gelo. O procedimento 4 foi repetido à temperatura de 10 ºC e de 0 ºC. O procedimento 6 foi repetido para as duas temperaturas. Tais resultados foram anotados na tabela II. Experimento (iii) Foram numerados 3 tubos de ensaio; Em cada tubo foi adicionado 1 mL de H2O2 a 10 volumes; Ao tubo de número 1 foi adicionado 2 gotas de FeCl3; Ao tubo de número 2 foi adicionado 2 gotas de CuCl; Ao tubo de número 3 foi adicionado 3 gotas de Na2HPO4 e 2 gotas de FeCl3; As observações foram colocadas na tabela III. Resultados Tabela I Tubo KIO₃ (mL) Água destilada (mL) NaHSO₃ (mL) Tempo decorrido (s) Cor 1 10 mL ------------ 10 mL 39 s Azul 2 8 mL 2 mL 10 mL 44 s Azul 3 6 mL 4 mL 10 mL 61 s Azul 4 4 mL 6 mL 10 mL 101 s Azul 5 2 mL 8 mL 10 mL 235 s Azul Tabela II Tubo Temperatura (°C) Tempo Decorrido (s) 1 5°C 67s 2 15°C 59s 3 25°C 35s Tabela III Tubo Número Solução a ser adicionada Volume a ser adicionado Observações 1 FeCl3 2 gotas Houve rápida liberação de gás e a solução se tornou amarelada 2 CuCl2 2 gotas Não houve liberação de gás como nos outros tubos e a solução ficou ligeiramente azulada. 3 Na2HPO4 FeCl3 3 gotas 2 gotas Iniciou-se a liberação de gás mais lentamente que no tubo um. Análise dos Resultados Experimento (i) A partir da análise da tabela, é possível perceber que quanto maior a concentração de KIO3 , mais rapidamente ocorre a reação. Isso fica evidente se levarmos em conta que no tubo 1, por exemplo, não foi adicionado água destilada e, portanto, a solução de KIO3 não foi diluída, sendo este o tubo em que a reação ocorreu com maior velocidade. Como os volumes de solução foram os mesmos em todos os tubos e somente a concentração de KIO3 variou, fica evidente que é este fator que determinou a s velocidades das reações no experimento. A Cinética Química explica que uma maior concentração dos reagentes possibilita um maior número de colisões efetivas que culminam em uma velocidade maior da reação. O experimento evidenciou isso claramente. Tomados os resultados obtidos na experiência, foi construído um gráfico do volume da solução de KIO3 em função de 1/t para evidenciar o comportamento das reações em relação à velocidade, em que a concentração de KIO3 varia. Deste modo, as velocidades podem ser descobertas quantitativamente, além de se possibilitar a análise da variação da velocidade em função da concentração de KIO3 . Gráfico I Experimento (ii) O procedimento 2 demonstra o efeito da temperatura na reação: 2 IO3- + 5 HSO3- + 2 H+ I2 + 5 HSO4- + H2O. Como vimos anteriormente, o objetivo do procedimento 1 era demonstrar como a concentração de um reagente pode interferir na velocidade. No procedimento 2, a variável foi a temperatura, logo, o objetivo é analisar a velocidade em função da temperatura. A partir da observação dos resultados obtidos experimentalmente concluímos que quanto maior a temperatura maior a velocidade da reação. Isso já havia sido estudado teoricamente em Cinética Química e o experimento evidenciou a veracidade da teoria. Experimento (iii) Analisando os dados experimentais podemos perceber que o FeCl3 é o catalisador mais eficiente, no entanto, quando em presença de Na2HPO4 , age com menos eficácia. Podemos concluir, portanto, que Na2HPO4 inibe a ação do FeCl3 . Conclusão A partir do Experimento 4, foi possível evidenciar, através de resultados, análises e discussão, os princípios da Cinética Química. Assim, observamos o comportamento da velocidade em função da concentração de reagentes e em função da temperatura. Tornou-se claro, através da observação, as implicações que concentrações e temperatura podem causar em uma reação e como é necessário o cuidado da exatidão desses fatores em laboratório para que possíveis erros sejam evitados. Referências Trindade, D.F., Oliveira, F.P., Banuth, G.S. & Bispo,J.G.; “Química Básica Experimental”; Ed. Parma Ltda.,São Paulo (1981). Giesbrecht,E.; “ Experiências de química , Técnicas e Conceitos Básicos – PEQ – Projetos de Ensino de Química”; Ed. Moderna – Universidade de São Paulo, SP (1979). Russell, J.B. ; “ Química Geral ”, 2ª Edição, Makron Books Editora Ltda., São Paulo (1994). Apostila de Aulas Práticas de Química Geral; Universidade Federal de Minas Gerais, MG (2 semestre 2010). http://www.mundoeducacao.com.br/quimica/velocidade-das-reacoes-quimicas.htm UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS RELATÓRIO DA AULA PRÁTICA DE CINÉTICA QUIMICA - QUI204 Segundo semestre de 2011 – Turma U2B Farmácia / Diurno COMPONENTES: Bianca Henriques de Oliveira Fonseca Nayhane Luna de Souza Barros Pedro Henrique Gonçalves Moreira PROFESSOR: Raquel Vieira Mambrini
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