Efeito da Temperatura e da Concentração na Progressão Global de uma Reacção

1. Introdução

Com esta experiência pretendemos reconhecer o efeito da variação da temperatura e da concentração no equilibro de uma reacção. Para tal sabemos que num sistema em equilíbrio, se a reacção for endoenergética no sentido directo, ou seja, absorver energia, consequentemente, a sua reacção inversa é exoenergética, liberta energia. Para além disso há que salientar que o principio de le Chatelier é fundamental para explicar a influência da variação da temperatura num sistema em equilíbrio

 O principio de le Chatelier afirma que ao perturbarmos um sistema em equilíbrio, este evolui no sentido que contraria a perturbação causada, por forma a atingir um novo estado de equilíbrio. No caso de perturbarmos o sistema fornecendo-lhe energia, ou seja, aumentando a temperatura, este vai desenvolver-se no sentido da reacção endoenergética, consumindo a energia que lhe é fornecida. Quando diminuímos a temperatura, o sistema reage de forma a compensar essa perturbação, ou seja, evolui no sentido da reacção exoenergética, aumentando, assim, a energia do sistema.

Nesta experiência para comprovarmos este facto utilizamos a seguinte reacção que é endoenergética no sentido directo: CoCl2.6H2O(aq)↔       CoCl2.2H2O(aq) + 4H2O(l). Segundo o princípio enunciado, ao aumentarmos a temperatura, a reacção progride no sentido directo, ou seja, absorve a energia fornecida o que faz com que haja uma maior produção de produtos, aumentando, assim, a sua concentração no sistema e conferindo-lhe uma cor azul intensa. Isto deve-se ao facto do cloreto de cobalto di-hidratado ter cor azul. Se diminuirmos a temperatura, acontece o processo contrário (a reacção evolui no sentido inverso) e o sistema ganha uma cor rosa-avermelhada intensa, porque o cloreto de cobalto hexa-hidratado tem essa cor e a sua concentração no sistema aumenta.

Estas reacções ocorrem num aparelho denominado por exsicador. Este tem baixo teor em humidade e serve para manter as substâncias secas, ou seja, para diminuir a concentração de moléculas de água presentes no ambiente. O exsicador contém na sua parte inferior sílica gel, agente exsicante, que absorve as moléculas de água presentes no ambiente, indicando-nos se este está muito húmido ou seco. No entanto como a sílica gel é incolor na parte inferior do exsicador, também se encontra cloreto de cobalto que indica, através da sua cor, o nível de humidade do ambiente. Se este estiver rosa o ambiente está húmido, se estiver azul, o ambiente está seco. Quando a sílica gel está saturada, é necessário que o exsicador vá para uma estufa para que a sua função continue.

2. Material

. 2 copos de 150mL;

. Copo de 250mL;

. Microespátula;

. Microvaretas (palitos de madeira);

. Pipeta de Beren;

. Pipeta de Pasteur;

. Microondas;

. Placa de microanálise;

. Tubo de ensaio (70x10 mm);

. Gelo;

. Água;

. Vidro do relógio.

Reagentes

. Água destilada;

. Cloreto de cobalto (II) hexa-hidratado (CoCl₂.6H₂O), 0,40 mol.dm^-3;

. Ácido clorídrico concentrado;

. Cloreto de cobalto (II) hexa-hidratado (CoCl₂.6H₂O) – Cristais.

3. Procedimentos

Efeito de variação de temperatura:

1. Colocámos num tubo de ensaio, até cerca de 1/3 da sua capacidade, a soluçao de Cloreto de cobalto (II) hexa-hidratado;

2. Introduzimos, alternadamente, o tubo de ensaio em água fervente e num banho de gelo;

3. Observámos e anotámos a alteração de cores na tabela 1.

Efeito da variação da concentração:

1. Usamos uma placa de microanálise;

2. Adicionamos uma gota de água nas cavidades 2, 3 e 4, duas gotas em 6, 7 e 8, e três gotas em 10, 11 e 12.;

3. Adicionámos uma gota de base forte – HCl - nas cavidades 3, 7 e 11 e registámos a cor observada antes e após a agitação feita com os palitos;

4. Adicionámos pequenos cristais de CoCl2.6H2O, em igual quantidade nas cavidades 4, 8 e 12 e registámos a cor observada antes e após a agitação feita com os palitos;

4. Resultados obtidos

Tabela 1: Efeito da Temperatura numa Solução de Cloreto de Cobalto

Tabela 2: Efeito de Diluiçao numa Solução de Cloreto de Cobalto

Tabela 3: Adiçao de HCl a uma Soluçao de Cloreto de Cobalto

Tabela 4: Adição de Cobalto Hexa-hidratado (sólido) a uma Solução de Cloreto de Cobalto

5. Discussão/Conclusão

Em conclusão, sobre o efeito da variação da temperatura o cloreto de cobalto, na primeira experiência realizada, quando aumentamos a temperatura da solução, colocando o tubo de ensaio em agua fervente fornecendo assim energia ao sistema, este deu-se no sentido de absorver essa energia, ou seja, no sentido directo, tornando o cloreto de cobalto azul escuro (cor predominante dos reagentes), e ao diminuirmos a temperatura,colocando o tubo de ensaio em gelo, o sistema deu-se no sentido inverso e o cloreto de cobalto apresentara uma cor rosada (cor predominante dos produtos).

Em segundo ponto, sobre a experiência realizada, podemos concluir que ao adicionarmos mais água ao cloreto de cobalto este ficará cada vez mais rosa, devido á diminuição da concentração de soluto. Quando adicionamos HCl à solução de cloreto de cobalto (rosa), esta irá mudar de cor, tomando agora um tom azulado. Desta forma, verificasse que a reacção dá-se no sentido directo, para se consumir o Cl- , o que afecta o estado de equilíbrio, embora não a sua constante, pois, segundo a Lei de Le Chatelier, a reacção vai ter de contrariar a perturbação de modo a atingir um novo estado de equilíbrio. Em ultimo lugar quando adicionamos os cristais de cloreto de cobalto (II) hexa-hidratado à solução de cloreto de cobalto, de tonalidade rosa claro, esta ficou rosa escuro antes de se agitar e, após a agitação, voltou a ficar rosa mais claro. Isto é ambos são reagentes muito hidratados, daí que não se observe alteração da tonalidade para azul.

8. Anexos

Questões Prévias

1. Quais os cuidados que deves ter ao longo desta actividade experimental?

Devemos ter cuidado no manuseamento do ácido clorídrico (HCl) (manusear na hotte), utilizar óculos de protecção, luvas e bata. Não devemos esquecer também os cuidados normais com o manuseamento da água quente, de modo a evitar queimaduras.

2. Como representar a reacção inerente a toda a actividade?

CoCl₂.6H2O_(aq) Û CoCl_2.2H₂O_(aq) + 4H₂O_(l)

3. Que efeitos terá um aumento da temperatura na progressão duma reacção?

Se a reacção for endoenergética um aumento da temperatura, favorece a reacção directa, por sua vez um abaixamento da temperatura, favorece a reacção exoenergética no sentido inverso.

4. Qual das reacções, directa ou inversa, é endonergética? E qual é exoenergética?

A reacção endoenergética é directa, enquanto que a reacção exoenergética é inversa.

5. Que acontecerá ao sistema em equilibrio por adição de água?

A reacção evolui no sentido inverso e fica rosa-avermelhada, cor predominante dos reagentes.

6. Que conclusões poderão tirar, acerca do estado de equilibrio, após adição de HCl? E após adição de CoCl2.6H2O?

Quando se adiciona ácido clorídrico, estão-se a adicionar iões cloreto (Cl-). Verifica-se que a cor predominante é o azul. Isto explica-se pelo principio de Le Chatelier, pois um aumento da concentração de Cl- irá fazer com que o equilibrio se desloque no sentido directo para que o Cl- em  excesso se consuma. O equilibrio desloca-se no sentido inverso, pois a cor predominante é o rosa-avermelhado.

Questões

1. Qual o efeito da variação da temperatura sobre a situação de equilibrio?

O aumento de temperatura favorece a reacção directa, pois a cor predominante após o aquecimento é o azul, o que significa que a reacção é endotérmica no sentido directo.

2. Qual das reacções, directa ou inversa, é endonergética? E qual é exoenergética?

A reacção endoenergética é directa, enquanto que a reacção exoenergética é inversa.

3. Que acontece ao sistema em equilibrio por adição de água?

A reacção evolui no sentido inverso e fica cor de rosa, cor predominante dos reagentes.

4. Que conclusões poderão tirar, acerca do estado de equilibrio, após adição de HCl? E após adição de CoCl2.6H2O?

Quando se adiciona ácido clorídrico, estão-se a adicionar iões cloreto (Cl-). Verifica-se que a cor predominante é o azul. Isto explica-se pelo principio de Le Chatelier, pois um aumento da concentração de Cl- faz com que o equilibrio se desloque no sentido directo para que o Cl- em  excesso se consuma. O equilibrio desloca-se no sentido inverso, pois a cor predominante é o rosa.

5. Como explicar a mudança de cor do cloreto de cobalto?

A mudança de cor devesse ás alterações provocadas no estado de equilibrio. Quando o sistema evolui para repor o equilibrio dá-se mudança de cor em função da perturbação efectuada.

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