Cinética Química: Estudo da Reação do Tiossulfato

Objetivo do Experimento

Calcular a ordem da reação com relação aos íons tiossulfato e aos íons hidrogênio, bem como a energia de ativação e as constantes de velocidade nas temperaturas ambiente e a 10°C.

Substâncias Usadas

• Água destilada
• Tiossulfato de sódio (0,3M e 1M)
• Ácido clorídrico (0,3M e 2M)
• Gelo

Propriedades Físico-Químicas do Tiossulfato de Sódio

• Fórmula química: Na₂S₂O₃ · 5 H₂O
• Massa molar: 248,18 g/mol
• Ponto de ebulição: 76,5°C
• Ponto de fusão: 48°C
• Massa específica: 1,69 g/cm³ (T= 20°C)

Efeitos Potenciais do Tiossulfato de Sódio à Saúde

• Periculosidade: Substância não perigosa.
• Não ingerir.
• Evitar o contato com os olhos.

Medidas de Primeiros Socorros

• Após inalação: Exposição ao ar fresco.
• Após contato com a pele: Lavar em água corrente.
• Após contato com os olhos: Enxaguar com água.
• Ingestão: Em caso de grandes quantidades ou mal-estar, consultar um médico.

Procedimento Experimental

Procedimento 1: Determinação da ordem da reação em relação ao tiossulfato

Para cada uma das combinações indicadas na tabela 7.1, adicione em um Becker de 100 mL os seguintes volumes:

1. Coloque o Becker contendo a combinação sobre uma fita preta que servirá de indicador do tempo para que se forme uma quantidade determinada de enxofre.
2. Em uma proveta de 5 mL, coloque 5 mL de ácido clorídrico 2M.
3. Adicione o ácido ao Becker contendo a solução e imediatamente comece a contagem do tempo, agitando continuamente a solução, até que a fita preta se torne invisível, olhando de cima para baixo. Neste instante, marque o tempo final com o cronômetro.
4. Repita o mesmo procedimento para as demais combinações, anotando os tempos correspondentes.

Procedimento 2: Determinação da ordem da reação em relação ao ácido

Para cada uma das combinações indicadas na tabela 7.2, adicione em um Becker de 100 mL os volumes indicados:

1. Adicione à combinação (I), 20 mL de solução 1M de Na₂S₂O₃ e imediatamente inicie a contagem do tempo.
2. Marque o tempo necessário para que a fita preta se torne invisível, o que corresponde ao tempo final.
3. Repita o mesmo procedimento para as demais combinações, anotando os tempos correspondentes.

Procedimento 3: Determinação da ordem a temperatura inferior

1. Prepare em um Becker de 1000 mL um banho de água e gelo, adicionando gelo aos poucos até alcançar a temperatura no intervalo de 10°C e 15°C. Esta temperatura deverá ser mantida constante; adicione pequenas porções de gelo sempre que a temperatura aumentar.
2. Coloque o Becker com a combinação (I) da tabela (1) e a proveta contendo 5 mL de ácido clorídrico 2M no banho de gelo até que ambos atinjam a temperatura desejada.
3. Adicione o ácido à solução e imediatamente inicie a contagem do tempo até que a visibilidade da fita preta desapareça.
4. Repita o mesmo procedimento para as combinações (III) e (V) da tabela 7.1, anotando os tempos correspondentes.

Roteiro para Realização dos Cálculos

Procedimento 1 - Reagente limitante: S₂O₃²⁻

• Cálculo da concentração de S₂O₃²⁻ em cada combinação ([A]₀): M₁V₁ = M₂V₂.
• Cálculo para encontrar ln [A]₀ e ln 1/t.
• Construir o gráfico ln(1/t) versus ln [A]₀.
• Cálculo da ordem de reação com relação ao tiossulfato.

Procedimento 2 - Reagente limitante: Ácido clorídrico [H⁺]

• Cálculo da concentração do ácido em cada combinação ([B]₀): M₁V₁ = M₂V₂.
• Cálculo para encontrar ln [B]₀ e ln 1/t.
• Construir o gráfico ln(1/t) versus ln [B]₀.
• Cálculo da ordem em relação ao ácido e ordem global (m + n).
• Cálculo da constante de velocidade (K) usando a equação: ln K = ln(1/Δt) - βln[B]₀ - αln[A]₀ + ln Δc.

Análise dos Resultados

1. Qual o tipo de reação estudada?
   A reação estudada é uma reação de óxido-redução do tipo "desproporcionamento", onde o enxofre sofre simultaneamente oxidação (+2 a +4) e redução (+2 a 0).
2. Equação diferencial de velocidade:
   
   
   S₂O₃²⁻(aq) + 2H⁺ → S(s) + SO₂(g) + H₂O
   Cuja equação diferencial de velocidade é dada por:
   
   Onde α e β são as ordens de reação com relação ao ânion tiossulfato e ao cátion H⁺.
3. Calcular a ordem de reação global:
   α + β = 0,992 + 0,990 = 1,982.
4. Determinar a constante de velocidade:
   A concentração de β utilizada foi de 0,333. As ordens de reação encontram-se nos gráficos 1 e 2, permitindo o cálculo das constantes de velocidade.