Cinética Química - concentração de reagentes versus tempo

Título: Variação da concentração com o tempo

Objetivos:

Demonstrar o efeito da variação da concentração dos reagentes na velocidade de reações e verificar a validade da Lei de Ação das Massas em conjunto com a Teoria das Colisões.

Introdução:

A cinética é a parte da química que estuda as velocidades das reações químicas e os fatores que as influenciam.

As reações químicas são companheiras cotidianas da humanidade. Essas reações podem ser muito velozes, como as explosões, outras mais lentas, como a queima de uma vela, formação de ferrugem e outras com velocidade intermediária como a queima da gasolina e álcool etílico.

A velocidade de uma reação é a variação da concentração dos reagentes pela variação de uma unidade de tempo, decrescendo com o passar deste, uma vez que, segundo a Lei de Ação das Massas, formulada por Peter Waage e Cato Guldberg, pioneiros no desenvolvimento da cinética, a velocidade de reação é proporcional a quantidade de substâncias reagentes, ou seja, a velocidade de formação do produto é igual à velocidade de consumo dos reagentes. As velocidades das reações químicas geralmente são expressas em molaridade por segundo (M/s).

Velocidade da reação = variação da concentração dos reagentes /

variação do tempo.

A velocidade (V) de uma reação deve ser entendida como a mudança da concentração ([A]) de um reagente ou produto, dividido pelo intervalo de tempo (t) no qual a mudança ocorre, ou seja, V = d [A] / At.

De acordo com a Teoria das Colisões, para acontecer uma reação entre duas ou mais substâncias é necessário que as moléculas se choquem; o número de colisões dependerá, dentre outros fatores das concentrações dos reagentes. Assim, a concentração dos reagentes, além da superfície de contato e a teperatura do sistema, é um dos

fatores que influenciam na velocidade das reações.

No caso hipotético de termos reagentes em quantidade infinita, ou constantemente repostos, de tal forma que a variação seja nula d[A]/ At = O, a velocidade da reação é constante. Num sistema fechado não é possível repor os reagentes e a reação tende para o equilíbrio químico e os reagentes ficam inalterados. Antes de atingir o equilíbrio devemos considerar estados intermediários e identificar as leis segundo as quais a velocidade da reação não varia. De maneira geral a velocidade é uma função da concentração V = f ([A]).

Materiais Utilizados:

Uma tigela (ou prato) de fundo raso e transparente, o mais transparente possível;

Água de torneira;

Um copo de vidro transparente e grande;

Uma vela média;

Palitos de fósforo ou isqueiro.

Procedimentos Experimentais:

Fixar a vela com parafina derretida no fundo do recipiente de fundo raso;

Preencher o recipiente com água, sem transbordar;

Acender a vela com um palito de fósforo ou isqueiro;

Observar o tamanho da chama e, em seguida isolar o sistema de combustão do ambiente com o copo (cuidado para não apagar a vela). Observar o que acontece.

Observar a mudança de comportamento da chama e da coluna de água formada no interior do copo.

Conclusão:

As reações de combustão necessitam de 3 elementos básicos para acontecerem: uma fonte de ignição, um material para ser queimado e, por último e imprescindível, oxigênio. Temos no ar uma grande

concentração desse gás (21%).

Quanto maior a concentração do gás oxigénio (O2), mais rápido se dará a reação de combustão. Assim, se o sistema em que ocorre a reação for isolado da fonte perene de oxigénio, a reação acabará mais rapidamente, por falta de comburente.

Na reação de combustão ocorrida dentro do copo, o O2 foi transformado em CO2: a parafina mistura-se com o oxigênio do ar, produzindo fuligem (carbono), CO, CO2 e H2O vapor. Ao tampar a vela ela se apaga, pois os gases produzidos na combustão são menos densos e tendem a subir para o topo do recipiente, enquanto o oxigênio tende a descer. Além do mais, eles não são gases comburentes e, ao passo que se tornam mais concentrados, fazem com que a combustão se acabe.

A temperatura que a chama da vela produz no interior do copo também contribui para o aumento da velocidade da reação, já que transmite às moléculas dos reagentes mais energia cinética, aumentando o número de colisões eficazes entre elas, ou seja, aumenta a quantidade de choques das moléculas, que assim ficam com maiores chances de colidirem com uma geometria favorável.

A água sobe porque ao encerrarmos o sistema sob o copo, automaticamente aprisionamos uma certa quantidade de ar quente sob este também. O ar quente que envolve a vela está expandido por causa da temperatura, e se resfriará na medida em que ela apaga, contraindo-se. Desta forma, a pressão dentro do copo será menor e a água será empurrada para dentro do copo pela pressão atmosférica. A vela apaga porque todo o O2 existente sob o copo foi consumido na combustão para se transformar em CO2, um não comburente. A explicação de que o O2 foi consumido é corroborada pelo fato da água subir dentro do copo aproximadamente 20% do volume deste (aproximadamente a quantidade de O2 que existe no ar).

Fontes:

- Web

http://www.coladaweb.com/quimica/fisico-quimica/cinetica-quimica

http://profgutoauimica.bloespot.com/

http://www.cienciamao.if.usp.br/tudo/exibir.php?midia=rip&cod=_experienciadavela4-termologia-txttem0017

http://www.brasilescola.com/quimica/cinetica-quimica.htm

http://www.pontociencia.org.br/experimentos-interna.php?experimento=133&COMBUSTAO+DA+VELA