Dependência de Concentração

Fonte: Smaa Koraym na Universidade Johns Hopkins, MD, EUA

1. Dependência de concentraçãoExpandir

   Neste experimento, você combinará concentrações variadas de HCl aquoso e tiossulfato de sódio para produzir enxofre sólido, que se reúne rapidamente em partículas amarelas opacas em uma certa concentração de enxofre. Como a solução de reação começa clara e incolor, você pode facilmente dizer quando ela atinge essa concentração.

   Você usará o mesmo tubo de ensaio e volume total todas as vezes, portanto, será necessária a mesma quantidade de enxofre para tornar cada solução completamente opaca. Assim, você medirá o progresso da reação cronometrando quanto tempo isso leva. Em seguida, você usará esses dados para estimar as ordens de reação dos reagentes individuais e da reação geral.

   Antes de iniciar o laboratório, faça uma tabela listando as concentrações de reagentes, o tempo para a opacidade da solução e a temperatura da solução para os testes.

   Tabela 1: Progresso da reação

   julgamento	[Na2S2O3] (M)	[HCl] (M)	Tempo(s)	Temp (°C)
   1	0.1 M	3.0 M
   2	0.1 M	3.0 M
   3	0.2 M	3.0 M
   4	0.15 M	3.0 M
   5	0.05 M	3.0 M
   6	0.1 M	6.0 M
   7	0.1 M	4.5 M
   8	0.1 M	1.5 M

   Clique aqui para baixar a Tabela 1

   Queremos ter certeza de que todas as reações estão ocorrendo à temperatura ambiente. Você realizará dois ensaios de referência, três ensaios com diferentes concentrações de tiossulfato de sódio e três ensaios com diferentes concentrações de HCl. Você variará as concentrações diluindo as soluções de estoque de tiossulfato de sódio e HCl, conforme mostrado nas tabelas a seguir.

   Quadro 2: Diluições de tiossulfato de sódio

   Concentração de alvo	Volume de tiossulfato de sódio 0,2 M	Volume de água DI
   0.05 M	5 mL	15 mL
   0.10 M	10 mL	10 mL
   0.15 M	15 mL	5 mL
   0.20 M	20 mL	0 mL

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   Tabela 3: Diluições de HCl

   Concentração de alvo	Volume de 6,0 M HCl	Volume de água DI
   1.5 M	2,5 mL	7,5 mL
   3.0 M	5,0 mL	5,0 mL
   4.5 M	7,5 mL	2,5 mL
   6.0 M	10 mL	0 mL

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   Lembre-se de ter cuidado ao manusear HCl, que é tóxico e altamente corrosivo. O dióxido de enxofre, que é um produto gasoso dessa reação, também é tóxico. Você deixará os resíduos de reação na capela durante a noite para permitir que o dióxido de enxofre escape inofensivamente.

   • Primeiro, coloque um jaleco, óculos de segurança à prova de respingos e luvas de nitrilo.
   • Encha um frasco de lavagem de plástico com água deionizada e obtenha um tubo de ensaio marcado com um X.
   • Clamp o tubo de ensaio sobre o centro de uma pequena placa de agitação. O rótulo deve estar do lado oposto ao seu. Certifique-se de que você pode ver claramente o X. Coloque uma pequena barra de agitação magnética no tubo de ensaio.
   • Use um termômetro clamp para prender um termômetro de vidro no terço inferior do tubo, mantendo-o afastado do X e da barra de agitação.
   • Corte uma folha de cerca de 20 quadrados de filme plástico de parafina de um rolo e traga a folha de volta ao capô.
   • Coloque toalhas de papel na hotte como uma superfície limpa para a reutilização do material de laboratório.
   • Rotule um béquer de 600 mL como 'resíduo' para a reação, um béquer de 100 mL como 'tiossulfato de sódio 0,2 M' e um béquer de 50 mL como 'HCl 6 M'.
   • Encha o copo de 100 mL com tiossulfato de sódio 0.2 M do frasco de estoque na tampa de distribuição.
   • Depois disso, leve o copo de 50 mL e um vidro de relógio ao exaustor de distribuição de ácido para obter 50 mL de HCl 6 M. Cubra o copo cheio com o vidro do relógio e traga sua porção de HCl de volta ao exaustor.
   • Prepare 20 mL de tiossulfato de sódio 0,1 M para o primeiro estudo de referência. Use uma pipeta volumétrica de 10 mL para medir 10 mL de tiossulfato de sódio 0,2 M e distribua-o em um balão volumétrico de 20 mL. Encha o balão volumétrico de 20 ml com água desionizada até à marca.
   • Em seguida, corte um quadrado de filme plástico de parafina, feche o frasco e inverta-o várias vezes para misturar bem a solução.
   • Remova o filme e despeje a solução no tubo de ensaio.
   • Prepare 10 mL de HCl 3 M. Pipete 5 mL de HCl 6 M em um cilindro graduado de 10 mL. Adicione água deionizada para encher o cilindro graduado até a linha de 10 mL.
   • Sele a parte superior do cilindro graduado com filme plástico de parafina e misture bem a solução de HCl invertendo-a várias vezes.
   • Agora, ligue o motor de agitação e obtenha um cronômetro de reinicialização. Confirme se você pode ver o X através da solução no tubo de ensaio.
   • Inicie simultaneamente o cronômetro e despeje o HCl 3 M no tubo de ensaio.
   • Observe o X através da solução, que começará a ficar turva quando enxofre suficiente for produzido para saturá-lo. Pare o cronômetro exatamente quando a solução se tornar tão opaca que o X desaparecer.
   • Registre a hora em seu caderno de laboratório para o teste de benchmark 1 e, em seguida, reinicie o cronômetro. Além disso, registre a temperatura da solução.
   • Agora, desligue o motor de agitação, remova o termômetro e enxágue-o com água deionizada no copo de resíduos.
   • Em seguida, esvazie o tubo de ensaio no copo de resíduos, recupere a barra de agitação com uma pinça longa e enxágue o tubo de ensaio e a barra de agitação com água deionizada.
   • Limpe completamente o tubo de ensaio com uma escova de tubo de ensaio. Enxágue brevemente o balão volumétrico e o cilindro graduado também com água deionizada. Seque tudo com papel toalha.
   • Repita o teste exatamente da mesma maneira para o segundo tempo de benchmark. Se o tempo não estiver entre 3 e 5 s da primeira tentativa, repita a tentativa de referência até ter duas tentativas consistentes.
   • Siga o mesmo procedimento geral para cada tentativa subsequente, alterando as diluições conforme indicado em sua tabela e limpando sua vidraria entre cada tentativa. Use uma pipeta volumétrica de 5 mL conforme necessário ao medir a solução estoque de tiossulfato de sódio nos ensaios quatro e cinco.
   • Depois de realizar todas as oito tentativas, enxágue seus copos e ferramentas uma última vez e neutralize os resíduos de reação com bicarbonato de sódio. Tenha cuidado porque o dióxido de enxofre é um dos produtos da reação.
   • Transfira os resíduos de reação neutralizados para o recipiente de resíduos designado. Em seguida, despeje qualquer solução de tiossulfato de sódio restante em seu recipiente de resíduos rotulado e enxágue o copo com água deionizada.
   • Neutralize qualquer HCl restante com bicarbonato de sódio antes de jogá-lo no ralo com água da torneira.
   • Finalmente, limpe e guarde seu material de laboratório de acordo com suas práticas padrão e jogue fora qualquer lixo restante em seu capô. Seu instrutor descartará os resíduos de reação mais tarde.
2. ResultsExpandir
   • Agora, estime a ordem de reação do tiossulfato de sódio e do HCl. Calcule a concentração inicial de tiossulfato de sódio na mistura de reação para os ensaios 1 a 5. Olhando para a concentração de tiossulfato de sódio e os tempos de reação, vemos que, à medida que a concentração dobra, o tempo de opacidade é reduzido pela metade.

     Tabela 4: Estimando a ordem de reação tiossulfato de sódio

     Teste	[Na2S2O3] adicionado	Na2S2O3 volume (mL)	Volume total (mL)	[Na2S2O3] em mistura	Tempo(s)	Tempo inverso (s-1)
     1, 2	0.1
     3	0.2
     4	0.15
     5	0.05

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   • Lembre-se de que cada tentativa usou o mesmo volume, então foi necessária a mesma quantidade de enxofre para tornar cada solução opaca. Assim, a reação é duas vezes mais rápida quando a concentração de tiossulfato de sódio é dobrada.
   • Quando a concentração aumenta por um fator de 4, a taxa de reação também aumenta por um fator de 4. Essa relação um-para-um sugere que a reação foi de primeira ordem para tiossulfato de sódio. Nesse caso, esperaríamos que um gráfico de taxa versus concentração de tiossulfato de sódio fosse linear.
   • Não medimos quanto enxofre foi necessário para tornar a solução opaca, mas presumimos que foi o mesmo para cada tentativa. Isso nos permite usar o inverso do tempo para a opacidade como um substituto para a taxa. A inclinação não será igual a k, mas tudo bem para este laboratório.
   • Plote o tempo de reação inversa em função da concentração de tiossulfato de sódio. Isso confirma a relação linear entre a produção de enxofre e a concentração de tiossulfato. Assim, a reação parece ser de primeira ordem em relação ao tiossulfato.
   • Use o mesmo método para estimar a ordem de reação do HCl. Primeiro, calcule a concentração inicial de HCl nos ensaios de referência e nos ensaios 6 a 8.

     Tabela 5: Estimando a ordem de reação HCl

     Teste	[HCl] adicionado	Volume HCl (mL)	Volume total (mL)	[HCl] em mistura	Tempo(s)
     1, 2	0.1
     3	0.2
     4	0.15
     5	0.05

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   • Em seguida, observe a concentração de HCl e os tempos de reação para esses ensaios. Os tempos de reação são quase idênticos, então a concentração de HCl não tem efeito na taxa de reação. Isso significa que o HCl parece ser de ordem zero para essa reação.
   • Por fim, some as ordens de reação dos reagentes para obter a ordem geral da reação.