Estudo da influência do pH sobre a cinética de uma reação química utilizando a reação de Landolt

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Físico-Química

Autores

Melo de Oliveira, J.L. (CENTRO UNIVERSITÁRIO SENAC - SANTO AMARO) ; Saron, A. (CENTRO UNIVERSITÁRIO SENAC - SANTO AMARO)

Resumo

Neste trabalho foi estudada a cinética de reação em função da variação do pH do meio de uma reação química. Para este estudo foi utilizada a reação de Landolt. Esta é uma reação ideal para estudar cinética química, uma vez que o final da reação é bastante evidente com a alteração de coloração e o planejamento experimental pode ser realizado pela variação de concentração dos reagentes, temperatura e pH do meio. No estudo em questão foram realizados diversos experimentos com diferentes quantidades de ácido sulfúrico, alterando o pH do meio. Os resultados foram submetidos a métodos gráficos e matemáticos para determinação da ordem da reação e verificar como a variação do pH alterou essa característica em relação à estudos anteriores com variação de concentração de reagentes e de temperatura.

Palavras chaves

Cinética química; Reação de Landolt; Ordem de reação química

Introdução

A velocidade de uma reação química, a ordem da reação, fatores que influenciam na velocidade da reação como concentração de reagentes, temperatura, superfície de contato e catalisadores, entre outros pontos importantes são alvos de estudos em cinética química (RUSSELL, 1994). Neste contexto, este trabalho teve como objetivo realizar um estudo da influência da variação do pH na cinética de uma reação química, com foco na velocidade e ordem da reação. Como objeto de estudo foi utilizada a reação de Landolt, que é uma reação amplamente utilizada em estudos envolvendo a cinética das reações químicas por apresentar um ponto de conclusão bem definido. A reação de Landolt é pouco explorada de forma científica com pouca literatura técnica brasileira. Ela é conhecida como relógio de iodo e possui alto potencial para ser explorada como atividade de laboratório para as gerações atuais de estudantes do ensino médio e superior, uma vez que, através de um show de química, pode ser transformado em conhecimento técnico científico, mas para isso há necessidade de literatura. Para se determinar o valor numérico da ordem de reação para cada reagente participante de uma reação pode ser utilizado o método matemático das velocidades iniciais ou os métodos gráficos de linearização de curvas de concentração em função do tempo obtidas experimentalmente (RUSSELL, 1994). Segundo o princípio de LeChatelier, qualquer alteração das condições em que uma reação ocorre tende a deslocar o equilíbrio da reação a fim de minimizar os efeitos desta perturbação, como uma resposta. Logo, alterações na concentração de um reagente, temperatura, pressão, volume, pH, entre outras condições, têm por consequência a alteração da cinética de uma reação (CASTELLAN, 1986; RUSSELL, 1994; BROWN & HOLME, 2010).

Material e métodos

Foram preparadas duas soluções denominadas de solução A e solução B. A solução A consistiu em solubilizar 2,0 g de iodato de potássio em 1000 ml de água destilada. Para a solução B, foram dissolvidos 2,0 g de amido, 0,4 g de bissulfito de sódio e ácido sulfúrico P. A. 98% em 1000 ml de água destilada. Foram preparadas três soluções B que apresentavam como diferencial entre elas o volume (ml) do ácido sulfúrico. Assim, a Solução Bx continha além do amido e do bissulfito de sódio, 1,7 ml do ácido sulfúrico, a By com 3,4 ml e a Bz com 5,0 ml. Essas diferentes quantidades de ácido sulfúrico foram determinantes para o estudo da variação do pH da solução final, após a conclusão da ocorrência da reação. Em um béquer de 100 ml adicionou-se um determinado volume da solução A e em outro béquer de 100 ml um determinado volume da solução B. O volume de cada béquer foi completado com água destilada para 10 ml total. Através da alíquota da solução e diluição com água destilada foram obtidas as concentrações dos reagentes em estudo da cinética química da reação de Landolt. 1ª etapa do estudo: foram realizadas cinco reações entre uma concentração constante de solução A (0,00935 mol/L de iodato) e cinco variações de concentração para cada uma das soluções Bx, By e Bz (0,00385; 0,00308; 0,00231; 0,001925 e 0,00154 mol/L de bissulfito) e os tempos das reações foram cronometrados. 2ª etapa do estudo: foram realizadas cinco reações entre uma concentração constante de cada uma das soluções Bx, By e Bz (0,00385 mol/L de bissulfito) e cinco variações de concentração da solução A (0,00935; 0,00748; 0,00561; 0,004675 e 0,00374 mol/L de iodato) e os tempos das reações foram cronometrados. Após os experimentos os dados foram submetidos aos métodos gráficos e matemático das velocidades iniciais.

Resultado e discussão

A Figura 1 apresenta as tabelas com os resultados para as duas etapas experimentais do estudo. Na Figura 2 estão presentes os gráficos com as linearizações dos métodos gráficos para reações de primeira e segunda ordem. Comparando os resultados dos experimentos com diferentes quantidades de ácido sulfúrico é possível observar que a velocidade da reação tende a aumentar quanto mais acidificado for o meio em que esta ocorre. É interessante destacar também que o pH da solução final teve uma variação muito baixa nos experimentos em que foram variadas as concentrações de iodato de potássio, mas apresentou variações proporcionais à variação de bissulfito de sódio. Essas variações podem ser explicadas observando-se as etapas da reação. Íons de hidrogênio participam da reação, pois a mesma ocorre em meio acidificado, apesar de não estarem presentes na reação global. Quando se adiciona mais ácido sulfúrico à solução a tendência é de alterar o equilíbrio da reação de forma que esta ocorra mais rapidamente. Essas considerações são confirmadas pelos métodos gráficos utilizados para se determinar a ordem da reação. Observando-se os gráficos para os experimentos realizados com Bx é possível perceber que o valor de R2 para as linearizações de primeira e segunda ordem são todos próximos de 1, o que resulta em uma ambiguidade que pode ser resolvida aplicando o método das velocidades iniciais. Realizando os cálculos necessários temos que a ordem de reação para o bissulfito, é igual a 1. Já a ordem de reação para o iodato é igual a 2, resultando, assim, em uma reação global de terceira ordem. Para os experimentos com By os gráficos mostram que a ordem de reação tanto para o bissulfito quanto para o iodato é igual a 2, resultando em uma reação global de ordem 4. O mesmo ocorre para Bz.

Conclusões

Concluindo, a análise dos resultados obtidos dos experimentos evidencia que a variação do pH do meio em que ocorre uma reação química tende a deslocar o equilíbrio desta, alterando a cinética da reação, como ordem de reação, velocidade, constante de velocidade, etc. A partir deste estudo, verificou-se que devido ao fato da influência do valor do pH há interferência direta no deslocamento do equilíbrio químico sendo diagnosticado também que na reação de Landolt este fato influencia na ordem e cinética da reação, onde com a diminuição do valor do pH os resultados evidenciam esta alteração.

Agradecimentos

Ao CNPq pelo auxílio financeiro; ao Centro Universitário Senac - Santo Amaro pela disposição de laboratório e materiais; ao meu orientador Prof. Dr. Alexandre Saron pelo apoio na pesquisa e no meu aprendizado.

Referências

BROWN, L. S.; HOLME, T. A. Química Geral aplicada à Engenharia. São Paulo: Cengage Learning, 2010.
CASTELLAN, G. Fundamentos de físico-química. Rio de Janeiro: Editora LTC, 1986.
RUSSELL, J. B. Química Geral, 2ª ed. vol. 2. São Paulo: Pearson, 1994.