LINGUAGEM QUÍMICA

Vamos aprender uma nova língua, uma língua universal? Isso mesmo, vamos aprender a linguagem da química e através dela vamos poder nos comunicar com os químicos do mundo inteiro.

Como com toda língua, devemos iniciar pelo alfabeto. No caso da química, o alfabeto é composto pelos elementos químicos que compõem a Tabela Periódica. Cada elemento é designado por um símbolo. Normalmente, o símbolo lembra o nome do elemento. Por exemplo, cloro = Cl, carbono = C e oxigênio = O. Porém, alguns elementos são tão antigos que possuem o seus nomes em Latim, a língua universal dos cientistas daquela época, como, por exemplo, aurum (ouro) = Au, argentum (prata) = Ag, cuprum (cobre) = Cu e plumbum (chumbo) = Pb. Observe que os símbolos químicos sempre apresentam a primeira letra em maiúscula e a segunda em minúscula.

Agora que sabemos de que "letras" é composto o alfabeto, já podemos escrever as palavras que na linguagem química chamamos de fórmulas. As fórmulas químicas surgem quando unimos os elementos químicos de maneira a formar as substâncias.

Por exemplo, quando queremos dizer água usando a linguagem química, escrevemos a fórmula H₂O.

O que será que significa esse índice numérico?

Ele indica a composição da substância. No caso da água, temos 2 átomos do elemento hidrogênio e 1 átomo do elemento oxigênio.

Já aprendemos o alfabeto e as palavras, mas falta aprender a escrever as sentenças. Como podemos fazer isso?

Na linguagem química, podemos associar as sentenças às equações químicas. Elas expressam por escrito o que ocorre em uma reação química; portanto elas devem representar o que ocorre antes e depois da reação. Por exemplo, para obter a água, o hidrogênio e o oxigênio têm que reagir.

Vamos escrever isso na forma de equação química! Vamos lá.

H₂ + O₂ ® H₂O

As substâncias que estão à esquerda da seta (H₂ + O₂) são denominadas reagentes e as que estão à direita (H₂O), de produtos. A seta indica o sentido em que ocorre a reação.

Olhe bem para a equação descrita acima. Você percebeu alguma coisa errada?

Pois é, tem, e nós vamos descobrir utilizando uma frase muito famosa que vai esclarecer este mistério.

Um químico francês muito conhecido chamado Lavoisier elaborou uma lei denominada "Lei da conservação da massa", que pode ser resumida em uma frase muito famosa:

"Na natureza, nada se cria, nada se perde, tudo se transforma."

Se nós aplicarmos essa frase na equação química da produção da água descrita acima, vamos observar que existem dois átomos de oxigênio no lado dos reagentes e apenas um no lado dos produtos, ou seja, um oxigênio ficou perdido. Isso significa que a equação não está completa, pois não obedece à Lei de Lavoisier. Como podemos solucionar esse problema?

Nós podemos multiplicar o hidrogênio por dois, assim teremos quatro hidrogênios, e, depois, multiplicarmos a água também por dois, ficando com duas águas.



2 H₂ (g) + O₂ (g) ® 2 H₂O (l)

Dessa forma conseguimos aplicar a teoria de Lavoisier! Portanto, podemos dizer que essa equação está balanceada, porque contém o mesmo número de átomos de cada elemento em ambos os lados da equação.

Vamos exercitar o que você aprendeu? Então click nos exercícios abaixo e mão no mouse para ver se você já está craque!

QF- 952 - CINÉTICA QUÍMICA - Redução do Azul de Metileno OBJETIVOS 1 - Acompanhar o andamento de uma reação química em solução. 2 - Determinar a constante de velocidade e a ordem da reação utilizando-se o método integral de ajuste de equações e o método da velocidade inicial. 3 - Determinar como a constante de velocidade depende das concentrações dos reagentes e do pH. 4 - Determinar a energia de ativação da reação. REAGENTES O azul de metileno (AM) é um corante catiônico solúvel em água ou em álcool, de fórmula molecular (C16H18ClN3S) e massa molar 319.8513 g/mol. O AM é usado como um corante bacteriológico e como indicador. Sua estrutura química está representada abaixo: Estrutura da forma catiônica do Azul de Metileno O AM em sua forma oxidada é azul (MB+). Ele é facilmente reduzido à forma hidrogenada (azul de leucometileno, LB+) que é incolor. O reagente que usaremos para reduzir o AMox neste experimento é o ácido ascórbico ou Vitamina C. O ácido ascórbico (ASH2) é uma g-lactona sintetizada por plantas e quase todos os animais. Em condições fisiológicas o ASH2 é oxidado reversivelmente a ácido dehidro ascórbico (AS) que, por sua vez, é hidrolizado irreversivelmente ao ácido dicetogulônico de acordo com a reação representada abaixo: REAÇÃO A reação de redução do AMox pelo ASH2 produzindo o AMred, leva ao gradual descoramento da solução azul. Por esta razão, a cinética desta reação pode ser acompanhada espectroscopicamente, com base na base na redução da absorbância da solução em 665 nm (correspondente à cor azul) ao longo do tempo. A reação pode ser esquematizada como: Esta reação será realizada em meio ácido, utilizando-se para isso o ácido clorídrico (HCl). ROTEIRO DO EXPERIMENTO Preparação das soluções - Prepare uma solução estoque de Azul de Metileno (AM) pesando com exatidão cerca de 0,0120 g de AM em um balão volumétrico de 200 mL. Complete com água destilada. (Calcule a concentração molar) Obs. Apenas 1 dos grupos deve preparar esta solução, que será usada por todos os grupos. Obs.:Pese o AM em um vidro de relógio (ou um frasco de pesagem) e transfira para o balão usando um funil. Lave o funil com várias porções de água destilada para uma transferência quantitativa do AM para o balão. - Prepare uma solução estoque de Ácido Ascórbico (AA), pesando com exatidão cerca de 0,3500 g de AA em um balão de 10 mL. (Não complete com água ainda). Use a mesma técnica de pesagem mencionada acima. - Prepare 200 ml de solução de HCl, 0,7 M a partir do ácido concentrado. (Faça a preparação na capela). Obs.: Use uma micropipeta para transferir o volume de HCl concentrado para o balão de 200 mL. Complete o balão de 200 mL com água destilada. - Após encerrar as medidas cinéticas, titule a solução restante de HCl com uma solução de NaOH 1,0 M em triplicata. Atenção: Esta solução de NaOH já se encontra preparada e titulada. Anote o título. Operação do espectrofotômetro - Selecione o comprimento de onda de leitura de 665 nm. - Acerte o zero de absorbância no espectrofotômetro com a cubeta contendo água destilada. - No espectrofotômetro equipado com o suporte de cubeta termostatizado, utilize um pano preto para cobrir o compartimento de amostragem durante as medidas (uma vez que as mangueiras impedem o fechamento da tampa). - Conecte o suporte termostatizado no banho, através das mangueiras. - Ligue os banhos no início da aula e selecione a temperatura que você irá utilizar (25 oC na primeira semana). - OBS. Confira a temperatura selecionada com um termômetro de mercúrio Condições e acompanhamento da reação 1a SEMANA Efeito da concentração Condição 1 (C1) - Na cubeta de plástico, adicione 300 microlitros de solução de AM + 3 mL de água destilada (use micropipetas). Tampe a cubeta, agite e a insira no suporte do espectrofotômetro para termostatização por 5 min. Em seguida, retire a cubeta do suporte e utilize uma micropipeta para adicionar 50 mL da solução de AA + HCl à cubeta. Tampe e agite a cubeta rapidamente, insira-a novamente no suporte e inicie a as leituras de absorbância em intervalos de 30 s nos primeiros 5 min, depois em intervalos de 1 em 1 min durante os próximos 10 min e depois de 2 em 2 minutos durante o restante do tempo. (Use um cronômetro do laboratório). - Limite as suas medidas a um período de tempo de 30 minutos. Atenção: : Caso após 30 min o valor de absorbância não tenha se estabilizado, transfira a solução da cubeta para um outro frasco e meça o valor de absorbância desta solução após um período de 1 hora, para obtenção do valor do . Use este mesmo valor de absorbância para todos os casos. Condição 2 (C2) - Repita a condição 1 utilizando 150 microlitros de solução de AM. Condição 3 (C3) - Repita a condição 1 utilizando 75 microlitros de solução de AM. 2a SEMANA Efeito do pH - Use a solução de AM preparada na semana anterior (disponível na capela). - Prepare uma solução estoque de Ácido Ascórbico (AA), pesando com exatidão cerca de 0,3500 g de AA em um balão de 10 mL. (Não complete com água ainda). - Prepare 10 mL de HCl 0,35 M a partir da solução de HCl 0,7 M preparada e titulada na aula anterior e utilize esta solução para dissolver o AA no balão de 10 mL - Repita o experimento cinético na condição 1 a 25 oC. - Prepare uma segunda solução estoque de Ácido Ascórbico (AA), pesando com exatidão cerca de 0,3500 g de AA em um balão de 10 mL. (Não complete com água ainda). - Prepare 10 mL de HCl 0,10 M a partir da solução de HCl 0,7 M preparada e titulada na aula anterior e utilize esta solução para dissolver o AA no segundo balão de 10 mL - Repita o experimento cinético na condição 1 a 25 oC. Efeito da temperatura - Repita o procedimento da condição 1 (com HCl 0,7 M) utilizando o suporte termostatizado nas temperaturas de: 35 e 45o C. RELATÓRIO: Cálculos e figuras - Não é necessário copiar o procedimento experimental deste roteiro no relatório. Descreva apenas as modificações que eventualmente foram feitas. Descreva também as concentrações das soluções estoque preparadas e os dados de titulação e concentrações da solução de HCl. Dados da 1a. semana - Faça uma tabela com as concentrações de AM, AA e HCl presentes na cubeta (antes de começar a reação), em cada condição estudada. - Não é necessário apresentar as tabelas de dados de absorbância x tempo. - Faça as curvas de absorbância de AM x tempo para os experimentos nas condições 1-3 a 25 oC. Coloque as 3 curvas em uma mesma figura para facilitar a comparação. Calcule as velocidades iniciais destas curvas e a ordem da reação a 25o C em relação ao AM, através do método da velocidade inicial. Na mesma figura, faça o ajuste não linear de primeira ordem destas 3 curvas e calcule as constantes de velocidade de pseudo-primeira ordem da reação em cada caso. - Faça os gráficos de ln versus tempo para as 3 condições a 25o C e calcule as constantes de velocidade de pseudo-primeira ordem da reação em cada caso. Coloque as 3 curvas em uma mesma figura para facilitar a comparação. - Faça uma tabela comparando os valores os valores de k obtidos nos ajustes lineares e não lineares. Dados da 2a. semana - Faça as curvas de absorbância de AM x tempo para os experimentos na condição C1 nas três temperaturas diferentes (25, 35 e 45 oC). Coloque as 3 curvas em uma mesma figura para facilitar a comparação. Na mesma figura, calcule as constantes de velocidade destas curvas através do ajuste não linear (exponencial de primeira ordem). - Faça um gráfico da variação de K com a temperatura e um gráfico linearizado de Arrhenius. - Estime a energia de ativação da reação a partir do gráfico de Arrhenius. - Faça as curvas de absorbância de AM x tempo para os dos experimentos na condição C1 nas três concentrações diferentes de HCl (0,7, 0,35 e 0,1 M). Coloque as 3 curvas em uma mesma figura para facilitar a comparação. Calcule as constantes de velocidade destas curvas através do ajuste não linear (exponencial de primeira ordem). - Discuta todos os resultados! O Relatório deve conter um total de 6 figuras e (pelo menos) 2 tabelas REFERÊNCIAS Artigos e internet - Snehalatha, K.C. et al. - Methylene Blue-Ascorbic Acid - Na Undergraduate Experiment in Kinetics - Journal of Chemical Education Vol 74 No 2 (1997) p 228-233. - Mowry, S. and Ogren, P.J. - Kinetics of Methylene Blue Reduction by Ascorbic Acid - Journal of Chemical Education Vol 76 No 7 (1999) p 970-974. - http://www.uaf.edu/chem/434f00/kinetics/ Atençã: Cópias destes 2 artigos se encontram em uma pasta do experimento na BIQ. Livros texto 1. Atkins P. W.; "Physical Chemistry"; 5th ed., Oxford Univ. Press, Oxford (1994). 2. Levine, I.N., "Physical Chemistry", Mc Graw Hill Book co., 2nd Edition,1983 3. D.P Schoemaker, C.W. Garland e J.W. Nibler, Experiments in Physical Chemistry, McGraw-Hill Edition, N.Y, 1989, 5a ed. 4. Sebastião J. Formosinho, "Fundamentos de Cinética Química", Fund. Calouste Gulbenkian(1982). 5. J.L.Lathan, "Cinética elementar de reação" Fund. Calouste Gulbenkian,(1974). QUESTÕES PARA O PRÉ-RELATÓRIO - Você pode entregar apenas um pré-relatório, correspondente às atividades a serem desenvolvidas nas duas semanas. - No Pré-relatório você deve fazer um fluxograma de todas as etapas a serem desenvolvidas, especificando as condições a serem usadas. - Escreva a equação de velocidade genérica para a reação em questão. - Esboce o formato das curvas de variação de absorbância versus tempo que você espera obter nas diferentes condições de temperatura e concentração inicial de AM).