Cinética Química

INTRODUÇÃO

Dentre os diversos ramos da química existe um que estuda a velocidade das reações químicas e os fatores que influenciam nas mesmas que é a cinética química. Reação química é definida pelo conjunto de fenômenos que ocorrem entre duas substâncias ou mais dando origem a diferentes compostos, e uma reação química é representada por uma equação química [1].

Antes de se falar sobre aspectos quantitativos do tipo como as velocidades são medidas, temos de abordar os principais fatores que influenciam nas reações, no qual indagaremos: estado físico dos reagentes, concentrações dos reagentes, temperatura na qual a reação ocorre, presença de catalisador [2].

Estado físico dos reagentes: os reagentes terão de estar em contato para que haja reação. Quanto mais rapidamente ocorre o choque entre as moléculas, mais rapidamente irão reagir, normalmente os reagentes estão em estado físico homogêneo, envolvendo gases ou soluções aquosas. Quando os reagentes estão em estado diferentes entre si, como por exemplo um reagente no estado líquido e outro sólido, essa reação estará limitada pela área de contato [2].

Concentrações dos reagentes: a maioria das reações químicas ocorre com mais rapidez quando a concentração de um ou mais dos reagentes é aumentado. Por exemplo, uma lã de aço queima-se com dificuldade no ar com 20% de oxigênio, mas queima com facilidade na presença de oxigênio puro. Logo, quando a concentração de um reagente aumenta, a velocidade de choque entre as moléculas aumenta, levando a uma maior intensidade na velocidade da reação [2].

Temperatura na qual a reação ocorre: a velocidade da reação tende a aumentar quando a temperatura em que se encontram os reagentes se eleva, isso faz com que o choque entre as moléculas ocorra com mais rapidez, consequentemente a reação ocorre com mais facilidade. Por essa razão que refrigeramos alimentos perecíveis como o leite. As reações das bactérias que levam o leite a estragar à temperatura ambiente ocorrem com mais facilidade do que se essa mesma estiver à baixas temperaturas [2].

Presença de um catalisador: catalisadores atuam nas reações a fim de aumentar a velocidade da mesma sem serem consumidos, eles atuam de forma que modifiquem as colisões entre as moléculas para que ocorra a reação. Catalisadores são de suma importância em nossas vidas, alguns seres vivos dependem de enzimas, as proteínas que atuam como catalisadores e acelerando as reações bioquímicas [2].

Na física é expresso que a velocidade é a variação de espaço sobre o tempo e a unidade de medida é o quilômetro por hora (km/h), a grandeza varia entre um espaço dividido por um intervalo de tempo. Igualmente, a velocidade de uma reação química é a variação de concentração dos produtos ou dos reagentes por unidade de tempo. Portanto as unidades de velocidade de reação são geralmente concentração por quantidade de matéria por segundo (mol/L/s):

Velocidade média de uma reação = ( variação na concentração do produto ou reagente)/(variação no tempo)

Velocidade média de uma reação = ([B]emt_2-[B]emt_1)/(t_2- t_1 ) = Δ[B]/Δt

Δ[B] = variação na concentração do produto

Vale ressaltar que a concentração para se calcular a velocidade de uma reação pode ser utilizada tanto do produto quanto do reagente, sabendo que nesse segundo caso se está calculando a velocidade de desaparecimento do reagente:

Velocidade média = -Δ[A]/Δt

Onde:

Δ[A] = variação de concentração do reagente

É válido notar que o sinal nesse caso esta negativo, isso se deve uma vez que [A] está diminuindo Δ[A] é um número negativo, assim faz se dessa utilização para obter a Δ[A] positiva.

2. OBJETIVOS

Estudar a variação da velocidade em função de diferentes parâmetros reacionais.

3. PARTE EXPERIMENTAL

Na primeira parte foi realizado o experimento de efeito da temperatura, onde foi colocado 100 mL de água de torneira em um béquer, 100 mL de água gelada em outro, 100 mL de água à 40 ºC em um terceiro béquer. Foi cortado um comprimido efervescente com o auxílio de uma lâmina em 4 partes aproximadamente iguais, onde 3 dessas partes foram colocadas em cada béquer, foi anotado a o tempo de efervescência de cada comprimido.

Na segunda etapa foi o experimento do efeito da superfície de contato onde foi colocado em dois béqueres de 100 mL e o quarto pedaço do comprimido restante na primeira parte do experimento foi dividido em 2 partes, sendo que uma dessas partes foi triturado com o auxílio do almofariz de pistilo e em seguida foi o comprimido triturado foi colocado em um béquer com água, e o comprimido “inteiro” no outro béquer e por fim cronometrado o tempo de efervescência de cada reação.

A terceira etapa foi analisado o efeito de concentração, foram enumerados 8 tubos onde foram colocados de 1 à 8 mL de solução de Na2S2O3 0,25 mol/L em cada tubo e após isso foi adicionado 2 mL de solução de HCl 6 mol/L em cada tubo, e anotado o tempo de reação em cada tubo.

Na quarta etapa, foi analisado a ação de catalisadores, de início foi cortada 2 rodelas finas de banana, sendo que uma dessas foi colocada em água em ebulição por 10 min., após isso cada rodela foi colocado em vidro de relógio e em outros 2 vidros de relógios foram colocados uma pequena porção de MnO2(s) e SiO2(s). em seguida foram adicionado H2O2 sobre cada material, e verificado se houve reação.

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1 Efeito da Temperatura

Tabela 1 – Tempo de decomposição do comprimido em função da temperatura

Temperatura (ºC) Massa (g) Tempo (s)

Béquer 1 26 51

Béquer 2 40 36

Béquer 2 8 65

De acordo com os dados da tabela 1 é possível verificar que, à medida que a temperatura da água diminui, o tempo de decomposição do comprimido aumenta. Desta observação prática pode-se concluir que a temperatura é diretamente proporcional a velocidade de reação, pois se a temperatura diminui a velocidade de reação também diminui e vise-versa.

No nível molecular, as