Esta é uma versão simples de um experimento amplamente conhecido pelo nome de Relógio de Iodo (Reação de Landolt).
Ele é interessante e fácil de ser executado, por exemplo, em uma feira de ciências.
O que acontecerá com a realização do experimento?
Duas soluções incolores são misturadas. Aparentemente nada acontece. Passados alguns segundos, a solução fica com uma cor azul escura, chamando a atenção do público.
Objetivos
Executar uma experiência de Cinética Química, na qual duas soluções incolores, ao serem misturadas, adquirem uma cor azul após 10 segundos.
Verificar os fatores que influenciam a velocidade dessa reação.
Material necessário:
• Iodato de potássio, KIO3
• Bisulfito de sódio, NaHSO3
• Ácido sulfúrico, H2SO4
• Água destilada
• Amido solúvel
• Balança
• Cilindro volumétrico
• Béqueres
• Bastão de vidro
• Balão volumétrico
• Tubos de ensaio
• Termômetro
• Cronômetro ou relógio
Procedimentos
1) Prepare duas soluções, A e B.
Solução A: Dissolva 2,0 g de KIO3 em 1000 mL de água destilada.
Solução B: Dissolva 2,0 g de amido solúvel em 500 mL de água fervente.
Observe que as duas soluções, A e B, são incolores.
2) Deixe a solução B esfriar e depois adicione:
0,40 g de NaHSO3 + H2SO4 (6 mol/L) (ou 1,7 mL H2SO4 conc.)
O resultado é a solução C, também incolor.
3) Dilua a solução C até 1 litro, isto é, adicione água destilada até completar 1 litro.
4) Em um tubo de ensaio, misture 10 mL da solução A com 10 mL da solução C. Ocorrerá uma reação química evidenciada pela mudança de cor do conjunto (solução D).
Use um cronômetro, ou um relógio que indique minutos e segundos, e verifique, com o máximo de precisão, o instante em que a solução final D se torna azul.
5) Você pode repetir o experimento com uma série de tubos de ensaio para verificar o efeito da temperatura e o efeito da concentração sobre a reação ocorrida. Para isso, você precisará alterar algumas variáveis:
a) Efeito da temperatura
Use 10 mL de cada uma das soluções A e C e misture-as, em cada tubo de ensaio, em temperaturas bem diferentes.
Observe e registre o efeito e o tempo decorrido para a mudança de cor em cada um dos tubos.
b) Efeito da concentração
Prepare, em diversos tubos de ensaio, diluições diferentes da solução A.
Inicie sempre com 10 mL da solução A, diluindo com volumes diferentes de água destilada em cada um dos tubos.
Em seguida adicione 10 mL da solução C em cada tubo de ensaio.
Observe e registre o que ocorre em cada tubo de ensaio, relativamente ao tempo decorrido para a mudança de cor.
6) Tire as conclusões possíveis.
Reações ocorrentes:
a) O iodo e o íon sulfato de hidrogênio são gerados pela reação:
2H+ + 5HSO3– + 2 IO3– → I2 + 5 HSO4 – + H2O
que constitui a etapa determinante da velocidade estudada.
b) O iodo continua a ser consumido como se vê em:
H2O + HSO3 – + I2 → 2I– + HSO4– + 2 H+
c) Quando se atinge o ponto em que todo o bisulfito é consumido, o iodo fica liberado para formar o íon tri-iodeto e o complexo azul com o amido presente:
2I– → I2 (s)
I2 (s) + I– (aq) → I3– (aq)
I3– (aq) + amido → complexo amido-I3– (azul)
Explicação do efeito
A experiência mostra o efeito da interação entre reações químicas – que apresentam velocidades diferentes e são dependentes da concentração – e de outros fatores dos reagentes envolvidos.
A súbita mudança da cor da solução, de incolor para azul profundo, pode ser explicada pela seqüência de reações mostrada no parágrafo anterior.
O tempo necessário para a reação atingir o ponto de mudança de cor depende das velocidades das duas reações, e, conseqüentemente, das concentrações dos reagentes.
Qualquer fator que acelere a primeira reação (por exemplo, um catalisador ou a temperatura) diminuirá o tempo de reação. Então, aumentar a concentração do iodeto, ou do ácido, terá como resultado uma aceleração da reação e a cor azul aparecerá mais rapidamente.
Por outro lado, aumentar a concentração do bisulfito terá efeito oposto, retardando a mudança de cor.
Por que se usa o amido?
As plantas possuem o polissacarídeo, amido que se transforma biologicamente em glicose.
O amido possui uma estrutura espiralada, na qual cada unidade monomérica alfa-acetal possui um átomo de carbono (C1) ligado a outro carbono (C4) de outra unidade.
Na prática, os íons de tri-iodeto ficam seqüestrados (termo químico significando presos) dentro da estrutura do amido: amido – I3– .
Em http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/548starchiodine.html é possível observar com clareza os íons de iodo seqüestrados dentro da estrutura do amido.
Comentários
Cinética Química corresponde ao estudo da velocidade das reações químicas. A velocidade de uma reação química, isto é, a rapidez ou lentidão com que ela ocorre, é controlada por alguns fatores. Os fatores mais relevantes são a natureza física e as concentrações dos reagentes, a temperatura e a presença de catalisadores.
O contato entre os reagentes é a condição inicial para que uma reação química ocorra. Dessa forma, alguns dos fatores mencionados acima estão relacionados com a facilidade ou não de propiciarem o aumento ou a diminuição do contato entre os reagentes, permitindo colisões entre suas partículas.
Como regra geral, quanto mais concentrados forem os reagentes, mais suas partículas (átomos, moléculas ou íons) irão colidir e mais rapidamente a reação irá ocorrer. Caso os reagentes estejam no estado gasoso, as concentrações podem ser medidas em termos de moles/litro, ou segundo as pressões parciais. Soluções de líquidos são expressas como molaridades.
Geralmente, a freqüência de colisão e, conseqüentemente, a velocidade da reação química aumentam com o aumento da temperatura. Isso ocorre porque, como regra geral, as partículas, quando aquecidas, movem-se mais rapidamente.
A influência da natureza física dos reagentes nas reações químicas é facilmente compreensível. Quanto mais homogêneos entre si forem os estados físicos dos reagentes, mais suas partículas se aproximam e colidem entre si.
Catalisadores são substâncias que, se adicionadas à mistura, facilitam ou permitem a ocorrência de dada reação. É importante destacar que há catalisadores específicos para cada caso.
Informações sobre a autora: Dra. Mabel Medeiros Rodrigues é Professora aposentada do Instituto de Quimica de São Carlos da Universidade de São Paulo.