VELOCIDADE DAS REAÇÕES QUÍMICAS

OBJETIVO

  • Mostrar que reações químicas ocorrem em diferentes velocidades;
  • Mostrar, num caso particular, como é possível medir a velocidade de uma reação;
  • Verificar a influência da temperatura na velocidade das reações químicas;
  • Verificar a influência da concentração dos reagentes na velocidade das reações químicas.

 INTRODUÇÃO

Fenômenos químicos ou reações químicas ocorrem, como se observa facilmente, em diferentes velocidades. Algumas são muito rápidas, como é o caso da maioria das reações entre íons em solução. Por exemplo:

Outras, ainda, são extremamente lentas, como a reação entre H2 e O2, na formação da água, em condições ambientais normais.

Em geral, as reações que não envolvem reagrupamentos de ligações são mais rápidas que as que os envolvem, embora haja exceções.

A velocidade de uma reação depende dos seguintes fatores:

  • Natureza dos reagentes – reações entre íons são geralmente rápidas e entre  moléculas são na maioria das vezes lentas.
  • Quantidade ou concentração dos reagentes – a teoria da colisão define o papel da concentração e da temperatura na velocidade das reações. De acordo com essa teoria, as moléculas devem colidir para reagir. Quando um aumento da concentração de um reagente leva a uma velocidade maior da reação, isso se deve à maior freqüência de choques efetivos entre as espécies reagentes.
  • Temperatura – para ocorrer reações entre moléculas, por exemplo, é necessário que os choques sejam suficientemente energéticos, para causarem ruptura nas ligações químicas já existentes. Quando se aquece um sistema, aumenta-se a energia das moléculas, aumentando, portanto, a eficiência dos choques intermoleculares e, conseqüentemente, a velocidade da reação química.
  • Catalisador – são substâncias que, por processos freqüentemente complicados, têm a capacidade de diminuir a barreira (energia de ativação) de uma reação química, causando, portanto, de um modo geral, aumento na velocidade da reação química.

Define-se velocidade de reação como o decréscimo da concentração do reagente ou de um dos reagentes na unidade de tempo, ou seja:

                                  

É importante medir a velocidade de uma reação química e, também, reconhecer quando esta acabou, uma vez que as espécies em reação (átomos, íons ou moléculas) são invisíveis.

Poderíamos ainda analisar, de tempo em tempo, uma alíquota do sistema para determinar quanto resta de certo reagente, em determinado momento, ou quanto apareceu de um produto. Um outro método seria acompanhar as variações das propriedades macroscópicas (pressão, temperatura, cor etc.) durante a reação. Quando tais variações não mais ocorrerem com o passar do tempo, a reação terá chegado ao seu final. Muitas vezes não ocorrem variações perceptíveis, o que, evidentemente, dificulta a medição. Esta dificuldade, freqüentemente, é contornada por meio de uma indicação engenhosamente provo cada de uma propriedade que, pelo menos, indique o fim da reação, como, por exemplo, pelo aparecimento ou desaparecimento da cor do sistema.

No caso que será estudado, o término da reação é indicado pelo descoramento do sistema em estudo. Serão investigados os efeitos dos fatores concentração e temperatura, executando experiências com a reação entre permanganato de potássio e sacarose, em meio ácido.

 MATERIAIS E REAGENTES

MATERIAIS:

  • Béqueres de 100 mL
  • Bico de gás
  • Cronômetro
  • Pipetas graduadas de 10 mL
  • Rolha de borracha
  • Tela de amianto
  • Termômetro
  • 05 tubos de ensaio

 REAGENTES:

  • Solução 0,0025 mol/L de permanganato de potássio (KMnO4)
  • Sacarose 1 mol/L
  • Solução 2 mol/L de ácido sulfúrico (H2SO4)
  • H2O destilada

 METODOLOGIA

Efeito da concentração

1 – Em um suporte para tubos de ensaio, coloque cinco tubos numerados. Pipete 12 mL de solução de sacarose 1 mol/L e coloque no tubo 1; adicione 10 mL desta mesma solução ao tubo 2; 8 mL ao tubo 3; 6 mL ao tubo 4; e 4 mL ao tubo 5.

2 – Adicione 2 mL de H2O destilada ao tubo 2; 4 mL ao tubo 3; 6 mL ao tubo 4; e 8 mL ao tubo 5.

3 – Adicione a cada tubo 2 mL de H2SO4 2 mol/L.

4 – Em outros cinco tubos de ensaio, adicione 4 mL de KMnO4 0,002 mol/L em cada um.

5 – Adicione o conteúdo de um dos tubos de KMnO4 ao tubo 5. Coloque uma rolha adequada na extremidade do tubo e agite rapidamente, virando o tubo de cabeça para baixo por duas ou três vezes. Marque o tempo (em segundos), desde o momento em que se iniciou a adição até o descaramento da mistura.

6 – Prossiga da mesma forma com os outros tubos. Anote o tempo gasto para cada reação.

7 – Calcule a concentração da sacarose em cada tubo de ensaio, imediatamente após a mistura, isto é, antes da reação ocorrer (seguindo a tabela abaixo).

Tubo Sacarose 1 mol/L H2Odestilada H2SO42 mol/L KMnO40,002 mol/L
1 12 0 2 4
2 10 2 2 4
3 8 4 2 4
4 6 6 2 4
5 4 8 2 4

 Efeito da temperatura

Neste procedimento, mantém-se constante a concentração dos reagentes e varia-se a temperatura.

1- Coloque seis tubos de ensaio em um suporte. Pipete para três destes tubos 6 mL de solução de sacarose 1 mol/L, 6 mL de H2O e 2 mL de H2SO4 e 2 mol/L. Para os outros três tubos, pipete 4 mL de solução de KMnO0,0025 mol/L.

2- Pegue dois tubos, um com solução de sacarose e outro com solução de KMnO4 e coloque-os em banho no gelo, até a temperatura atingir cerca de 0ºC. Misture rapidamente os conteúdos dos tubos em um único e coloque novamente em banho no gelo. É importante anotar a temperatura em que a reação ocorreu.

3- Proceda do mesmo modo em banho-maria. Esta reação deverá ser realizada em temperatura próxima de 50°C. Anote o tempo.

4- Os dois tubos restantes encontram-se à temperatura do ambiente. Misture rapidamente e anote o tempo da reação.

 QUESTOES DE VERIFICAÇÃO:

Efeito da concentração

1- Com os dados obtidos, construa um gráfico da concentração de sacarose versus o tempo necessário para o desaparecimento da cor de KMnO4 em cada tubo de ensaio.

2 – Qual a relação observada entre a concentração do reagente e a velocidade com que a reação se processa?

Quais as concentrações do KMnO4 e do H2SO4 em cada tubo de ensaio, imediatamente após a mistura? Por que é importante manter o volume 18 mL?

 Efeito da temperatura

Qual a relação observada entre a temperatura em que se processa a reação e a velocidade do escoamento completo do KMnO4?

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