DETERMINAÇÃO DA ORDEM DE UMA REAÇÃO: MÉTODO DA VELOCIDADE INICIAL

INTRODUÇÃO

Em química, é importante o conhecimento sobre o quão rapidamente os reagentes são consumidos ou os produtos são formados. Definimos então a velocidade da reação como a variação da concentração de um dos reagentes ou dos produtos divididos pelo tempo que a mudança leva a ocorrer.

As tendências das velocidades das reações são comumente identificadas pelo exame da velocidade inicial da reação, a velocidade instantânea no inicio da reação. A vantagem de usar a velocidade inicial é que a presença de produtos durante a reação pode afetar a velocidade e a interpretação dos resultados torna-se muito complicado. Como não existem produtos no inicio da reação, é mais fácil encontrar as eventuais tendências produzidas pelos reagentes.

A definição de ordem de uma reação, tecnicamente, é a relação matemática que existe entre a taxa de desenvolvimento ou velocidade da reação e a concentração em quantidade de matéria dos reagentes. Mas pode ser definida à grosso modo, como a soma dos expoentes das concentrações reagentes na lei da velocidade e em relação a um determinado reagente é o expoente de sua concentração na lei da velocidade.Portanto, para determinar a ordem de uma reação, faz-se necessário ter primeiramente a lei da velocidade, que pode ser encontrada em dois métodos principais, o método do isolamento e o método das velocidades iniciais.

A técnica experimental usada para medir a velocidade da reação depende da rapidez da reação. Algumas reações podem levar semanas para apresentar mudanças significativas, mas ouras reações se apresentam muito rápidas, completa em poucos segundos.

No método das velocidades iniciais, a velocidade é medida no inicio da reação, com diferentes concentrações dos reagentes no sistema reacional. Considerando a reação hipotética a seguir:

A + B → C

A velocidade da reação pode ser dada como a derivada da concentração pelo tempo, ou seja:

Velocidade = -d[A]/dt ; Velocidade = -d[B]/dt ou Velocidade = d[C]/dt

Portanto, observa-se a dependência da velocidade em relação a concentração.Assim, se associarmos agora o método do isolamento, considerando uma equação genérica tem-se:

V=[A]α. [B]β. [C]γ...

Sendo [A]α, [B]β, [C]γ... valores iniciais de concentração, podemos calcular α mantendo [B] e [C] constantes, e para calcular β, [A] e [C] constantes, assim sucessivamente.

Tendo a lei das velocidades determinadas, podemos encontrar a ordem das reações, onde a lei das velocidades corresponde a:

V=k. [A]α.[B]β.[C]γ...

Onde a ordem global da reação se caracteriza pela soma de α + β + γ +...

OBJETIVOS

Determinar a ordem de uma reação química pelo método da velocidade inicial.

MATERIAIS

- 10 erlenmeyers de 250 mL;

- 1 proveta 50 mL;

- 1 bureta;

- 1 cronometro;

- 500 mL de acido nítrico 0,01M;

- 500 mL de nitrato de potássio 0,1M;

- 500 mL de iodeto de potássio 0,025M;

- 500 mL de nitrato férrico 0,017M;

- 100 mL de tiosulfato de sódio 0,01M;

- 20 mL de uma solução aquosa de amido 0,5%;

PROCEDIMENTO

Inicialmente, os erlenmeyers foram devidamente identificados, de 1 até 10, aos quais foram adicionados as quantidades citadas nas colunas abaixo.

Nos erlenmeyers de 1 a 5, foram adicionadas reagentes de acordo com as quantidades das colunas A, B, C, D e E. Já nos erlenmeyers de 6 a 10, adicionaram-se as quantidades citadas nas colunas B, C, D, E, e F.

Tabela 1: QUANTIDADES DE REAGENTES UTILIZADOS NOS ERLENMEYERS EM mL

FRASCO A B C D E F

Fe(NO3)3 HNO3 KNO3 H2O Amido KI

1 10 10 50 25 1 25

2 20 10 40 25 1 25

3 30 10 30 25 1 25

4 40 10 20 25 1 25

5 50 10 10 25 1 25

6 25 10 50 25 1 10

7 25 10 40 25 1 20

8 25 10 30 25 1 30

9 25 10 20 25 1 40

10 25 10 10 25 1 50

*quantidades apresentadas em mL

À bureta foram adicionados a solução de tiosulfato de sódio 0,01M.

Para o inicio da prática, tomou-se o frasco 1 e adicionou-se a quantidade de KI indicada na coluna F, tal que se aproxima bastante de uma mistura entre reagentes instantânea, disparando ao mesmo tempo o cronometro, e agitando a solução para homogeneízá-la. Após 30 segundos, adicionou-se o tiosulfato de sódio, gota a gota, até que a cor azul desaparecesse, ao passo de que o cronometro deveria ser parado imediatamente. Anota-se o tempo e a quantidade de tiosulfato de sódio utilizada.

O processo é repetido para os frascos de 2 a 5. Já para os frascos de 6 a 10, o procedimento é igual, exceto ao qual é adicionado o reagente do frasco A, Fe(NO3)3.

Tem-se então uma tabela comparativa do tempo de reação com o volume de tiosulfato de sódio.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Como há duas reações envolvidas no método, a primeira, a própria reação onde estamos fazendo as medições de velocidades.

2Fe3+ + 2I- →2Fe+2 + 2I-

A segunda reação é a titulação do I2, fazendo-o reagir com Na2S2O3.

2 S2O3-2 +I2 → S4O6-2 +2I-

Quando, durante a titulação, todo o I2 houver sido retrasnformado em I-, desaparece a cor azul. Na verdade, determinar-se-à as quantidades de Fe+3 que reagiram através da analise da quantidade de I2 liberado (que é titulado pelo Na2S2O3)

Analisando a