Cinética Química II

12.Trabalho Experimental
Cinética Química II
12.1 Introdução
A cinética química tem importância sob diversos aspectos. De uma parte ela é a
fonte mais útil de informação de como as reações químicas ocorrem – isto é, o mecanismo
das reações químicas – que é um dos problemas mais interessantes da química moderna.
Por outro lado, um conhecimento das velocidades das reações é essencial para o sucesso de
muitos processos químicos industriais; ele permite ao químico selecionar as condições de
uma reação de modo a obter a velocidade ótima nas condições mais econômicas.
Reações entre íons em solução são, em geral, extremamente rápidas. Um exemplo
é a neutralização de um ácido por uma base, que se dá segundo a rapidez com que as
soluções podem ser misturadas.
12.2 Efeito da temperatura na velocidade da reação
A velocidade de uma reação entre moléculas gasosas depende, além do efeito
estérico (efeito de orientação), da (1) freqüência das colisões moleculares e da (2) fração de
moléculas que colidem possuindo energia suficiente para reagir. Esses dois fatores são
diretamente afetados por uma das condições sob as quais a reação está se processando, a
temperatura.
A elevação da temperatura aumenta a freqüência das colisões moleculares, e esta
contribui, em alguma extensão, para o aumento da velocidade de uma reação.
No entanto, este efeito não é substancial; por exemplo, no nível das temperaturas
ordinárias, um acréscimo de 10°C aumentaria em apenas 2% a freqüência das colisões das
moléculas gasosas. Muito mais importante é o fato de que uma elevação da temperatura
aumenta a proporção de moléculas que terão energia suficiente para reagir.
Consequentemente, quanto maior for a temperatura maior será a proporção de moléculas
que colidem que realmente reagirão umas com as outras; como resultado, maior será a
velocidade da reação.
Como exemplo de como a velocidade de uma reação aumenta com a elevação da
temperatura, temos a decomposição térmica do HI(g) em H2(g) e I2(g) (esse último em
equilíbrio com os átomos isolados I(g)). Verifica-se experimentalmente que, a 400°C, a
dissociação é cerca de 250 vezes mais rápida do que a 300°C, e que a 500°C ela é cerca de
250.000 vezes mais rápida do que a 300°C.
12.3 Efeito da concentração na velocidade da reação
Enquanto a temperatura de um dado sistema em reação permanece constante, a
proporção de moléculas com energia suficiente para reagir quimicamente permanecerá
constante. Um outro meio de aumentar a velocidade de uma ração sem elevar a temperatura
ou introduzir um catalisador é alterar a freqüência das colisões.
A freqüência das colisões entre as moléculas de um sistema depende do número de
moléculas presentes em um dado volume, a velocidade de uma reação química deve
depender da concentração de uma ou mais espécies moleculares reagentes.
12.4 Velocidade de corrosão
A velocidade de corrosão pode se classificar em velocidade média de corrosão e
velocidade instantânea de corrosão.
Ambas são de grande interesse no estudo de processos corrosivos. Com base na
velocidade média de corrosão, pode-se estimar o tempo de vida útil de uma determinada
estrutura. Com base na variação da velocidade instantânea, pode-se, por exemplo, verificar
a necessidade de aumentar ou diminuir a concentração de um inibidor num dado momento.
A velocidade média de corrosão pode ser obtida pela medida da diferença de peso
apresentada pelo material metálico ou pela determinação da concentração de íons metálicos
em solução durante intervalos de tempo de exposição ao meio corrosivo.
12.5 PARTE EXPERIMENTAL
Materiais:
Reagentes:
Tubos de ensaio
Solução de IO-3
Estante para tubos
Solução de HSO-3 0,02%
0,02 mol/L
Cronômetro
Béqueres
Pipetas
OBS.: Preparo da solução de HSO-3 : 0,2g de HSO-3, 4g de amido, 5mL de H2SO4 1mol/L,
diluindo até 1 litro de solução com água destilada.
1ª EXPERIÊNCIA: Efeito da variação da concentração na velocidade da reação
a) Em um suporte para tubo de ensaio, coloque 5 tubos de ensaio numerados de 1 a 5;
b) ao tubo 1 adicione 10mL de solução de IO-3 e a seguir, a cada um dos demais tubos 8, 6,
4 e 2mL, respectivamente, na ordem crescente de suas numerações;
c) Coloque no tubo 2, 2mL de água destilada; no tubo 3, 4mL de água destilada
prosseguindo em ordem crescente de 2mL de volume para cada tubo, até o número 5 que
deve receber 8mL de água destilada.
d) Agite cada tubo para homogeneizar a solução.
e) coloque em cada tubo, 10mL de solução de HSO-3 e, com o auxílio de um cronômetro,
marque o tempo, inclusive os segundos, desde o momento em que se adicionou a solução
de HSO-3 até o aparecimento de uma cor azul.
Equação da reação:
2 IO-3(aq) +2 H+(aq) +5 HSO-3(aq)
I2(ads) + HSO-4(aq) + H2O(l)
f) Anote os resultados na tabela abaixo:
Número do
tubo
1
IO-3 (mL)
H2 O
Destilada(mL)
HSO-3 (mL)
Tempo
marcado(s)
2
3
4
5
g) Analise e comente os resultados obtidos na experiência realizada baseados na teoria
cinética.
f) Faça o gráfico: tempo x concentração para os valores obtidos na experiência
2ª EXPERIÊNCIA: Efeito da temperatura na velocidade de reação
a) Adicione em um tubo de ensaio 10mL de solução de IO-3 e um outro tubo 10mL de
solução de HSO-3;
b) Em um béquer contendo água com algumas pedras de gelo coloque os 2 tubos e espere
o tempo suficiente para que as soluções dos tubos atinjam a mesma temperatura da
água.
c) Com auxílio de um termômetro anote a temperatura da água;
d) Junte a solução de IO-3 à solução de HSO-3, agite para homogeneizar a solução, e
mantendo o tubo com a solução dentro do banho, marque o tempo para que a reação se
processe.
e) anote os resultados na tabela abaixo:
Temperatura
Reação no
banho de gelo
Reação do tubo (1) da
experiência anterior
f) Compare os resultados e os explique.
Tempo de reação
Questionário
1) Nas duas experiências realizadas, explique porque ocorre o aparecimento da cor azul nas
reações entre IO-3 e HSO-3.
2) Explique em que conceitos você se baseou na comparação dos resultados das duas
experiências.
3)Faça um gráfico: “ avanço da reação x energia” para a reação de decomposição do
peróxido de hidrogênio sem catalisador e catalisada pelo dióxido de manganês.
4) Explique a afirmativa: “ O aço queima com dificuldade no ar que tem apenas 20% de O2,
mas queima com chama branca e brilhante no oxigênio puro.”
5) Explique, com base na cinética química, porque os alimentos em um freezer se
conservam por mais tempo do que em uma geladeira.