Pré-relatório: Relógio de Lodo

Relógio de Iodo

Introdução

A palavra “cinética” sugere movimento ou mudança. Correspondentemente, a cinética química é a área da química que estuda as velocidades com que ocorrem as reações químicas. A velocidade das reações está entre os aspectos mais importantes da concepção de novos processos químicos. (CHANG, 2013)

Profissionais e estudiosos da área da química, devem preocupar-se com a velocidade com que as reações químicas ocorrem, bem como com os produtos dessas reações. Por exemplo, as reações químicas que regulam o metabolismo dos alimentos, o transporte de nutrientes essenciais e a capacidade do corpo de se adaptar às variações de temperatura exigem que as reações ocorram com a velocidade adequada. (BROWN et al., 2016)

Reações químicas levam tempo para acontecer. Algumas reações, como a oxidação do ferro ou a mudança de cor das folhas, ocorrem de forma relativamente lenta, levando dias, meses ou anos para serem concluídas. Outras, como a reação de combustão que gera a propulsão de um foguete, acontecem muito mais rapidamente. (BROWN et al., 2016)

Desta forma, uma reação é considerada rápida quando os produtos são formados quase que instantaneamente. Em contraste, diz-se que uma reação é lenta quando os produtos levam um longo intervalo de tempo para se formar. (ATIKNS, 2012)

A velocidade da reação é afetada por diferentes fatores:

1. Temperatura da reação: 

Um aumento de temperatura muitas vezes acelera grandemente a velocidade da reação. Para muitas reações, um incremento de 10ºC duplica a velocidade da reação. Com o aumento de temperatura, eleva-se a energia cinética das moléculas. À medida que as moléculas se movem com maior velocidade, elas colidem com mais frequência e energia, levando a velocidades de reação mais rápidas. (OHLWEILER, 1976)

1. Concentração dos reagentes: 

A maioria das reações químicas ocorre mais rapidamente se a concentração de um ou mais reagentes aumenta. Um aumento nas concentrações dos reagentes não tem efeito sobre o valor da constante de equilíbrio, mas o equilíbrio é deslocado para a direção dos produtos segundo o princípio de Le Chatelier. (OHLWEILER, 1976)

1. Presença de um catalisador: 

Os catalisadores são agentes que aumentam a velocidade das reações sem que eles mesmos sejam consumidos. Eles afetam os tipos de colisão (e, portanto, alteram o mecanismo) que levam à reação (BROWN et al., 2016). Os catalisadores negativos (inibidores) diminuem a velocidade da reação. Embora um catalisador aumente a velocidade de reação, ele não modifica a posição de equilíbrio, pois tanto a reação direta como a inversa são catalisadas na mesma extensão. (OHLWEILER, 1976)

1. Estado físico dos reagentes:

Os reagentes devem se aproximar para reagir. Quanto mais facilmente as moléculas dos reagentes colidem uma com as outras, mais rapidamente elas reagem. De modo geral, as reações podem ser classificadas como homogêneas, envolvendo apenas gases ou líquidos, ou como heterogêneas, nas quais os reagentes se encontram em fases diferentes. Sob condições heterogêneas, uma reação é limitada pela área de contato dos reagentes. Assim, reações heterogêneas que envolvem sólidos tendem a ocorrer mais rapidamente se a área superficial do sólido aumenta. A superfície de contato é a área de um reagente que fica exposta aos demais reagentes. Então, como as reações precisam de contato entre os reagentes, pode-se concluir que, quanto maior a superfície de contato, maior a velocidade da reação. (BROWN et al., 2016)

Em nível molecular, a velocidade das reações depende da frequência das colisões entre as moléculas. Quanto maior for a frequência das colisões, maior será a velocidade da reação. No entanto, para que uma colisão leve a uma reação, ela deve ocorrer com energia suficiente para quebrar ligações e com orientação adequada para que novas ligações sejam formadas nos locais apropriados. (BROWN et al., 2016)

VELOCIDADE DAS REAÇÕES

Em uma reação química, é muito importante saber quão rapidamente os reagentes são consumidos ou os produtos são formados. A velocidade de uma reação química - a velocidade da reação - é a variação na concentração de um dos reagentes ou produtos por unidade de tempo (ATKINS, 2012). A unidade da velocidade da reação é geralmente a concentração em quantidade de matéria por segundo (M/s) - isto é, a variação na concentração medida em concentração em quantidade de matéria, dividida por um intervalo de tempo medido em segundos. (BROWN et al., 2016)

Como a velocidade pode mudar com o tempo, define-se a velocidade média da reação como a variação da concentração molar de um reagente, R, , durante o intervalo de tempo : (ATKINS, 2012)[pic 1][pic 2]

Velocidade média do consumo de reagente (R):

[pic 3]

Como os reagentes são consumidos em uma reação, a concentração molar de R decresce com o tempo e  é negativo. O sinal de negativo colocado na equação, converte o negativo em uma velocidade positiva de desaparecimento. (ATKINS, 2012)[pic 4][pic 5]

Para concentração de um produto P, a velocidade é expressa como:

Velocidade média da formação de produto (P):

[pic 6]

Na expressão anterior,  é a variação da concentração molar de P no intervalo t. Ela é uma quantidade positiva, porque o produto se forma com o tempo. (ATKINS, 2012)[pic 7]

Considerando que as reações que ocorrerão nesta prática são as seguintes (SILVA, 2021):

• [pic 8]
• [pic 9]
• [pic 10]
•  (amarelo)[pic 11]

O final da reação poderá ser verificado pelo aparecimento da coloração amarelo na solução. Se for efetuada reações entre soluções de concentrações diferentes, através da anotação do tempo necessário para cada reação, poderá construir-se um gráfico padrão. Este gráfico será construído usando o tempo de reação em função da concentração variável do reagente. (SILVA, 2021)

Para a reação a ser estudada, a velocidade de reação será proporcional ao inverso do tempo (1/t). Desta forma, para que se construa um gráfico padrão, será necessário conhecer um número N de concentrações de um reagente, bem como o tempo em que ocorreu a reação, para que o gráfico do tempo de reação em função da concentração variável do regente seja construído (SILVA, 2021). Exemplo de um gráfico padrão utilizando concentrações de : [pic 12]

[pic 13]

A fim de determinar a concentração de um reagente desconhecido, deve-se conhecer o tempo em que ele reagiu, pois assim será possível calcular seu tempo recíproco (inverso do tempo), e desta forma, chegar ao valor de sua concentração. (SILVA, 2021)