Formação : “ Reacções químicas, cinética, equilíbrio e modelação

computacional

Efeito da temperatura e da concentração na progressão global

de uma reacção

Química 11º Ano

Aldo Valentim da Silva

Ana Maria da Silva Fernandes

Margarida Alexandra Catarino Marques Alves

Sofia Isabel Antunes Branco

Setembro de 2010

A.L. 1.3 – Química 11º Ano 1

Questão-problema: Como pode evoluir um sistema em equilíbrio quando se faz variar a

temperatura ou a concentração?

Objectivos de aprendizagem:

- Seleccionar material/reagentes adequados ao trabalho;

- Planificar as técnicas e regras de segurança a ter, com base nas informações contidas nos

rótulos;

- Preparar as soluções de cloreto de cobalto (II) hidratado, de cromato de potássio e de dicromato

de potássio;

- Estudar o efeito da variação da temperatura e da concentração no equilíbrio:

CoCl2.xH2O (aq) CoCl2.(x-y)H2O (aq) + yH2O (l) ΔH > 0

- Estudar o efeito da variação da concentração no equilíbrio:

2CrO42-

(aq) + 2H+ (aq) Cr2O7

2- (aq) + H2O (l)

- Consolidar o conceito de equilíbrio químico e o Príncipio de Le Chatelier.

Introdução teórica

Quando se dissolve cloreto de cobalto (II) hexahidratado em água, atinge-se um equilíbrio

homogéneo traduzido pela equação:

CoCl2.6H2O (aq) CoCl2.2H2O (aq) + 4H2O (l) ΔH > 0

A forma mais hidratada do cloreto de cobalto apresenta cor rosa, enquanto que a forma menos

hidratada apresenta cor azul. Como esta reacção é endotérmica no sentido directo, um aumento de

temperatura no sistema reaccional, faz deslocar o equilíbrio no sentido directo, aumentando a

concentração da espécie menos hidratada, intensificando-se a cor azul.

rosa azul

A.L. 1.3 – Química 11º Ano 2

A solução aquosa de cromato de potássio apresenta uma cor amarela, enquanto que a solução de

dicromato de potássio tem uma cor alaranjada. A cor apresentada por estas soluções deve-se à

presença dos iões CrO42-

(aq) e Cr2O72-

(aq), respectivamente. Contudo, em ambas as soluções

anteriormente referidas, existem em equilíbrio as duas espécies segundo a equação:

CrO42-

(aq) Cr2O72-

(aq) + H2O (l)

Ao adicionar algumas gotas de ácido à solução de cromato vai ocorrendo uma mudança de cor,

segundo o equilíbrio químico

2CrO42-

(aq) + 2H+ (aq) Cr2O7

2- (aq) + H2O (l)

Procedimento experimental

Depois de discutidas algumas informações com os alunos, tais como as equações químicas das

reacções (directa e inversa) e a cor das substâncias envolvidas, os alunos deverão elaborar um plano

de execução do procedimento.

1.Efeito da variação da temperatura

- Preparar uma solução de cloreto de cobalto (II) hexahidratado;

- Em dois tubos de ensaio, A e B, colocar 5 mL da solução anteriormente preparada;

- Colocar o tubo A num banho de gelo;

- Colocar o tubo B num banho de água quente (aproximadamente 80ºC);

- Registar as observações (as alterações de cor).

amarelo laranja

A.L. 1.3 – Química 11º Ano 3

2.Efeito da concentração

- Numerar cinco tubos de ensaio, 1,2,3,4 e 5, e colocar 3 mL da solução preparada;

- Adicionar aos tubos 1 e 2, 1 mL e 2 mL de água desionizada respectivamente;

- Adicionar aos tubos 3 e 4, 1 mL e 2 mL de ácido clorídrico concentrado respectivamente;

- Adicionar ao tubo 5, uma pequena quantidade de cloreto de cobalto (II) hexahidratado;

- Registar as observações.

3.Efeito da concentração no equilíbrio químico do cromato de potássio

- Preparar uma solução de cromato de potássio de concentração 0,05 mol dm-3

, de dicromato de

potássio de concentração 0,05 mol dm-3

e de ácido clorídrico de concentração 1 mol dm-3

;

- Colocar num tubo de ensaio A, 5 mL de solução aquosa de cromato de potássio;

- Colocar num tubo de ensaio B, 5 mL de solução aquosa de dicromato de potássio;

- Adicionar ao tubo de ensaio A, gota a gota, a solução de ácido clorídrico, até observar mudança de

cor;

- Registar as observações.

Material / Reagentes:

- Tubo de ensaio e respectivo suporte; - Pipetas graduadas;

- Copos; - Pipetador;

- Balões de diluição; - Esguicho com água desionizada;

- Vidros de relógio; - Conta-gotas;

- Varetas; - Gelo;

- Espátulas; - CoCl2.6H2O (s)

- Funis de vidro; - K2 Cr2O7 (s)

- Balança; - K2 CrO4 (s)

- Placa de aquecimento; - HCl (aq)

A.L. 1.3 – Química 11º Ano 4

Observações/ Registos:

Informações retiradas dos rótulos

Cloreto de cobalto (II) hexahidratado

R22 Nocivo por ingestão.

R42 Possibilidade de sensibilização por inalação.

R43 Possibilidade de sensibilização em contacto com a pele.

R49 Pode causar cancro por inalação.

R50 Muito tóxico para os organismos aquáticos.

R53 A longo prazo pode provocar efeitos negativos no ambiente aquático.

S2 Manter fora do alcance das crianças.

S22 Não respirar o pó.

S45 Em caso de acidente ou indisposição consultar imediatamente um médico (se possível

mostrar o rótulo do produto).

S53 Evitar a exposição – obter instruções especiais antes de usar.

S60 Elimina-se o produto e recipiente como produtos perigosos.

S61 Evitar a sua libertação para o meio ambiente.

A.L. 1.3 – Química 11º Ano 5

Dicromato de potássio

R36 Irritante para os olhos.

R37 Irritante para as vias respiratórias.

R38 Irritante para a pele.

R43 Possibilidade de sensibilização em contacto com a pele.

R45 Pode causar cancro.

S28 Em caso de contacto com a pele lavar imediata e abundantemente com...(produto

adequado a indicar pelo fabricante).

S44 Em caso de indisposição consultar um médico (se possível mostrar-lhe o rótulo do

produto).

S53 Evitar a exposição – obter instruções especiais antes de usar.

Ácido clorídrico

R34 Provoca queimaduras.

R37 Irritante para as vias respiratórias.

S2 Manter fora do alcance das crianças.

S26 Em caso de contacto com os olhos lavar imediata e abundantemente em água e chamar

um médico.

1.Efeito da variação da temperatura

Tubo de ensaio T= 0ºC T= 80ºC

A Rosa ___

B ___ Azul

A.L. 1.3 – Química 11º Ano 6

2.Efeito da concentração

Adição Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3 Tubo 4 Tubo 5

1mL H2O Rosa claro __ __ __ __

2mL H2O __ Rosa pálido __ __ __

1 mL HCl __ __ Mancha

azulada __ __

2 mL HCl __ __ __ Mancha azulada

mais nítida __

CoCl2.6H2O (s) __ __ __ __ Azul

Amostra padrão Rosa-avermelhado

3.Efeito da concentração no equilíbrio químico do cromato de potássio

Adição Tubo A Tubo B

___ Amarelo Laranja

HCl (aq) Vai ficando

laranja ___

A.L. 1.3 – Química 11º Ano 7

Cálculos para preparação de soluções:

1. Massa a pesar para preparar 50 mL da solução de cromato de potássio de concentração

0,05 mol dm-3

[ K2 CrO4] = 0,05 mol dm-3

M (K2 CrO4) = 194,19 g mol-1

V= 50 mL

2. Massa a pesar para preparar 50 mL da solução de dicromato de potássio de concentração

0,05 mol dm-3

[ K2 Cr2O7] = 0,05 mol dm-3

M (K2 Cr2O7) = 294,18 g mol-1

V= 50 mL

3. Volume para preparar 50 mL da solução de ácido clorídrico de concentração

1 mol dm-3

36 % (m/m)

HCl 1,19 g ml-1

M = 36,46 g mol-1

molnn

v

nC 3105,2

050,005,0

gmMnmn

mM 73,0

gmmL

m

mL

gsolução 1190

10001

19,1

gmm

mmm soluto

solução

soluto 4,428100)/%(

molnn

v

nC 3105,2

050,005,0

gmMnmn

mM 48,0

A.L. 1.3 – Química 11º Ano 8

mLVVcVcnn iffiifi 26,4

Fazendo a diluição da solução:

Interpretação de resultados/Questões pós-laboratoriais:

1. Explique o efeito da variação da temperatura no equilíbrio químico?

Um aumento da temperatura faz progredir a reacção no sentido directo, formação do

composto menos hidratado de cor azul. Uma diminuição da temperatura faz deslocar o

equilíbrio no sentido inverso, formando-se o composto mais hidratado de cor rosa.

2. Qual o efeito da diluição com a água, sobre o estado de equilíbrio?

A adição de água ao sistema reaccional, provoca o deslocamento do equilíbrio de azul

para rosa. Este facto explica-se pelo efeito simultâneo de diluição das espécies intervenientes

no equilíbrio, que o vai deslocar no sentido inverso, até atingir um novo estado de equilíbrio de

acordo com o Principio de Le Chatelier.

O.6HCoCl

O.2HCoCl

22

22Q

3. Qual o efeito do aumento da concentração de iões cloreto?

Quando se dissolve cloreto de cobalto (II) em água, forma-se o ião complexo

[Co(H2O)6]2+

(aq) e iões Cl- (aq). Por adição da solução aquosa de ácido clorídrico, pode

formar-se o ião complexo [CoCl4]2-

(aq), segundo a equação:

[Co(H2O)6]2+

(aq) + 4Cl- (aq) [CoCl4]

2- (aq) + 6H2O (l)

devido ao aumento da concentração de iões cloreto, o equilíbrio desloca-se no sentido directo,

dando uma tonalidade azulada ao sistema reaccional.

375,11

75,11

dmmolHCl

molnn

mM

A.L. 1.3 – Química 11º Ano 9

4. Qual o efeito do aumento da concentração de CoCl2.6H2O (s) ?

A adição de cristais CoCl2.6H2O (s) ao sistema reaccional em equilíbrio (rosa), explica-

se pelo aumento da concentração de [Co(H2O)6]2+

, o que irá deslocar o equilíbrio no sentido

directo, adquirindo uma cor azul.

5. Qual o sentido exotérmico e qual o sentido endotérmico da reacção? Fundamente a sua

resposta.

A reacção é endotérmica no sentido directo, uma vez que, segundo o Principio de

LeChatelier, os sistemas evoluem no sentido de consumir o calor que lhes é fornecido, ou seja

no sentido endotérmico, e quando aquecido o sistema reaccional adquiriu a cor azul.

CoCl2.6H2O (aq) CoCl2.2H2O (aq) + 4H2O (l) ΔH > 0

Assim sendo, a reacção inversa será endotérmica.

6. Qual o efeito da adição de ácido à solução em ião cromato?

A adição de iões hidrónio, faz deslocar o equilíbrio no sentido directo formando-se ião

dicromato de cor laranja.

2CrO42-

(aq) + 2H+ (aq) Cr2O7

2- (aq) + H2O (l)

rosa azul

amarelo laranja

A.L. 1.3 – Química 11º Ano 10

Ficha de consolidação

1. Observe com atenção o rótulo de uma embalagem de cloreto de cobalto (II) hexahidratado.

1.1. Quais as informações que constam no rótulo do reagente?

Nome do reagente, símbolo de perigosidades, R e S.

1.2. Que outros símbolos de perigosidade conhece, para além do que consta no rótulo?

Corrosivo, inflamável, nocivo, explosivo…

1.3. De que modo as substâncias tóxicas podem penetrar no organismo?

Por inalação, por ingestão e por contacto directo.

2. Para a reacção traduzida pela equação

CoCl2.6H2O (aq) CoCl2.2H2O (aq) + 4 H2O (l) ΔH > 0

Seleccione a(s) afirmação(ões) correcta(s).

A – O excesso de Cl- tem como consequência a formação de mais complexo azul.

B – Por adição de água, o equilíbrio desloca-se no sentido de formação dos produtos de reacção.

C – A cor azul da solução deve-se ao complexo [Co(H2O)6]Cl2.

D – O arrefecimento da solução provoca um deslocamento do equilíbrio no sentido inverso.

A e D

3. Seleccione o gráfico que pode traduzir a reacção que ocorre na solução preparada na aula prática.

D

A.L. 1.3 – Química 11º Ano 11

4. O galo da figura seguinte, é um “indicador” do grau de

humidade da atmosfera. Quando o tempo está bom e seco ele fica

azul e quando o ar está carregado de humidade fica rosa. Explique

a variação de cor do “galo”, com base no equilíbrio:

CoCl2.6H2O (aq) CoCl2.2H2O (aq) + 4 H2O (l)

Pelo Princípio de Le Chatelier , ao aumentar a quantidade de água (humidade), o equilíbrio desloca-

se no sentido inverso, isto é, no sentido dos reagentes, acentua-se a cor rosa.

5. Um grupo de alunos colocou, num tubo de ensaio, 5,0 ml de solução de dicromato de potássio e

10,0 ml de uma solução aquosa 0,05 mol dm-3

em hidróxido de sódio. A reacção que ocorre é a

seguinte:

)l(OH)aq(CrO2)aq(OH2)aq(OCr 2

amarelo

2

4

laranja

2

72

Em seguida, os alunos dividiram a solução por três tubos de ensaio, que numeraram de 1 a 3, e

colocaram-nos num suporte.

→ Ao tubo 1 nada acrescentaram.

→ Ao tubo 2 adicionaram 10 gotas de uma solução aquosa 0,05 mol dm-3

em hidróxido de

sódio.

→ Ao tubo 3 adicionaram 10 gotas de uma solução aquosa 0,05 mol dm-3

em ácido

clorídrico.

Após terem realizado esta actividade, os alunos compararam as cores das soluções dos tubos 2 e 3

com a cor da solução do tubo 1. O que observaram os alunos? Justifique.

No tubo 2, após a adição de NaOH (aq), a solução ficou amarela, uma vez que aumentou a

concentração em OH-. O sistema evoluiu no sentido da reacção directa. No tubo 3, após a adição de

HCl (aq), a concentração em OH- diminui, e aumenta a concentração em iões H

+, pois o ião OH

-

proveniente da base reage com o ião H+ proveniente do ácido originando H2O. Ao diminuir a

concentração em OH-, o sistema vai evoluir no sentido da reacção inversa. A cor laranja acentua-se.