Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Ensino de Química
TÍTULO: Catálise homogênea e mecanismos de reação: um experimento para o ensino de Química Geral
AUTORES: Araújo, M.S. (IFBA) ; Santos, A.F. (IFBA) ; Sousa, N.P. (IFBA)
RESUMO: O trabalho apresenta um experimento para o ensino de Química Geral que
possibilite a discussão dos temas catálise homogênea e mecanismos de reação numa
abordagem voltada para a referida disciplina. Questionando a ideia de que as
leis de velocidade são descritas em função das concentrações de reagentes, foi
feita, também com uso de material alternativo, a decomposição do peróxido de
hidrogênio (0,5 mol/L) catalisada pelo iodeto em diferentes concentrações (0,15;
0,30; 0,45 mol/L) num sistema no qual são cronometrados o tempo de formação de 5
mL de oxigênio gasoso. A prática se mostrou satisfatória por retificar a ideia
supracitada comumente apresentada nos livros didáticos e justificar, com base no
mecanismo de reação, a influência do iodeto na velocidade por este participar da
etapa lenta.
PALAVRAS CHAVES: Experimentação ; Cinética Química; Ensino de Química Geral
INTRODUÇÃO: A experimentação no ensino de química tem fundamental importância para a
construção do conhecimento científico sob diversos aspectos. Hodson (1992
apud Lôbo, 2012) aponta que a prática experimental no ensino deve, dentre
outras funções, auxiliar a desenvolver no aprendiz a prática investigativa de
modo que sua discussão contribua para a formação do conceito científico. Como os
livros didáticos geralmente apontam que a lei de velocidade da reação é função
das concentrações dos reagentes (CHANG, 2006; BRADY, HUMISTON, 2007; KOTZ et
al, 1998), foi proposto um experimento que questione essa informação,
buscando subsidiar sua discussão nos conceitos de catálise homogênea e nos
mecanismo de reação. Os experimentos acerca do tema Cinética Química nas
disciplinas de Química Geral frequentemente demonstram, numa abordagem
qualitativa, as influências da concentração dos reagentes, da temperatura, e/ou
presença de catalisadores nas velocidades das reações químicas, e práticas
experimentais envolvendo a decomposição catalisada do peróxido de hidrogênio
também são bastante comuns na literatura, entretanto envolvem desde os temas
supracitados até termoquímica, passando também por catálise heterogênea
(RUBINGER, BRAATHEN, 2007; BRAATHEN et al,2008; ALMEIDA et al,
2008, LIMA et al, 2000; SOUZA, FARIAS, 2008; PATERNINA, BARRAGAN, 2009;
TEÓFILO, BRAATHEN, RUBINGER, 2002). Desse modo, o conceito de mecanismos de
reação e sua relevância para a determinação da velocidade da reação se limita a
uma abordagem meramente teórica nas disciplinas iniciais dos cursos de Química.
Na reação proposta, o estudante deve investigar como a velocidade da reação de
decomposição do peróxido de hidrogênio catalisada pelo íon iodeto depende da
concentração do catalisador.
MATERIAL E MÉTODOS: A proposta consistiu em montar um aparato experimental que permitisse medir o
tempo de formação de dado volume de oxigênio gasoso (BRAATHEN, 2010), nesse caso
0,005 L, a partir da decomposição de peróxido de hidrogênio catalisada pelo íon
iodeto em três diferentes concentrações. Utilizando-se de um sistema no qual o
gás formado desloca uma coluna de líquido num recipiente graduado, foram
otimizadas as condições para a realização do experimento em triplicata no
intervalo de 100 minutos. As concentrações das soluções aquosas encontradas
foram 0,60 mol.L-1 de H2O2 e 0,15; 0,30 e 0,45
mol.L-1 de KI. Os estudantes, então, apresentaram um relatório
experimental - que é normalmente uma ferramenta avaliativa de atividades
experimentais - no qual a discussão sobre os dados foi avaliada a fim de
verificar se a prática satisfaz a proposta de buscar a explicação do fenômeno
com base nos conceitos de mecanismos de reação e catálise homogênea. Foi
avaliado, também, o uso de materiais de baixo custo e de fácil aquisição a fim
de substituir os aparatos tradicionais de laboratório visto que esta é uma
tendência nos cursos de licenciatura. Assim, tubo PET com tampa (encontrados em
casas de artigo para festas) podem substituir tubos de ensaio, seringa graduada
para coletar o gás ao invés do tubo de ensaio graduado, cola durepóxi para fixar
a mangueira à tampa do tubo sem permitir vazamentos e vedar a extremidade da
seringa, recipiente plástico incolor de aproximadamente 0,5 L para verter a
seringa , água oxigenada comercial 10 Volumes (diluir 0,014 L em mais 0,006 L de
água para obter 0,02 L de solução 0,60 mol.L-1), iodeto de potássio
(encontrado em farmácias de manipulação), e cronômetro presente na maioria dos
aparelhos celulares.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: O procedimento experimental, além de ser de simples realização, mostrou
resultados coerentes e adequados mesmo quando utilizados materiais de baixo
custo. Os tempos de reação aparecem na figura em anexo. Nos relatórios
apresentados, os estudantes discutiram criticamente a informação apresentada nos
livros didáticos de que a lei de velocidade é função das concentrações dos
reagentes, como mostrou um dos relatórios: "(...) ao passo que a concentração do
iodeto, o catalisador, aumenta, a velocidade da reação aumenta.(...)Então por
fazer parte da etapa determinante da velocidade [o iodeto], sua concentração
influencia na velocidade, apesar de não aparecer na reação global." Um segundo
relatório discute de forma semelhante: “O fator determinante da velocidade da
reação estará diretamente relacionado com as diferentes concentrações do KI
presente nas soluções. Sendo assim o íon iodeto não aparece na equação global,
mas está associado à lei de velocidade correspondente a etapa determinante da
velocidade. Dessa forma os mecanismos reacionais são analisados (...) pois, para
uma reação que tem mais que uma etapa, a lei de velocidade para o processo
global é dada pela etapa que irá determinar a velocidade da reação, ou seja, a
etapa mais lenta.”
O experimento apesar de atender ao objetivo proposto, deve estar inserido numa
abordagem na qual não se consolide concepções inadequadas a respeito da teoria-
prática, como o empirismo ou o realismo ingênuo - concepções essas comuns entre
estudantes de licenciatura (LÔBO, 2012). Assim, tal prática pode ser incorporada
numa série de atividades de cinética química que, além de auxiliar no
aprendizado dos conceitos científicos, visem contribuir para o entendimento de
como se dá parte do processo de produção e validação desses conhecimentos.
Tempo de reação com diferentes concentração de iodeto
A tabela mostra diferentes tempos de formação de 5
mL de oxigênio usando materiais comuns de
laboratório (6 realizações) e materiais
alternativos.
CONCLUSÕES: A prática experimental se mostrou eficiente quanto à discussão dos mecanismos e
catálise na reação de decomposição do peróxido de hidrogênio catalisada pelo íon
iodeto numa abordagem voltada para o ensino de Química Geral. O questionamento
levantado a partir de informações dos livros didáticos revelou ser um motivador
para os estudantes buscarem a justificativa para interpretar o fenômeno. O uso de
materiais de baixo custo, por ser uma tendência nas atividades experimentais,
mostrou-se viável e deveras importante na capacitação do licenciando.
AGRADECIMENTOS: Agradecemos ao IFBA campus Vitória da Conquista pelo espaço e materiais, bem como
aos estudantes que contribuíram com os dados fornecidos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ALMEIDA,V.V.de; BONAFÉ,E.G.; STEVANATO,F.B.; SOUZA,N.E.de; VISENTAINER,J.E.L.; MATSUSHITA,M.; VISENTAINER,J.V. Catalisando a Hidrólise da Ureia em Urina. Química Nova na Escola, n. 28, 42-46, 2008.
BRAATHEN,P.C. Química Geral. 2 edição. CRQ-MG, Viçosa: 2010. 630 p.
BRAATHEN,P.C.; LUSTOSA,A.A.; FONTES,A.C.; SEVERINO,K.G. Entalpia de decomposição do peróxido de hidrogênio: uma experiência simples de calorimetria com material de baixo custo e fácil aquisição. Química Nova na Escola. n 29, 42-45, 2008.
BRADY,J.E.; HUMISTON,G.E. Química Geral. 2ª Ed. Vol. 2. LTC, 1996, 656 p.
CHANG,R. Química: conceitos essenciais. 4ª ed. McGraw-Hill, São Paulo: 2006, 778p.
LIMA,J.de F.L.de; PINA,M.S.L.; BARBOSA,R.M.N.; JÓFILI,Z.M.S. A contextualização no ensino de cinética química. Química Nova na Escola, n. 11, 26-29, 2000.
KOTZ,J.C.; TREICHEL Jr, P. Química Geral e Reações Químicas. 3 ed. Vol 2.. LTC, Rio de Janeiro, 1998, 730 p.
LÔBO,S.F. O trabalho experimental no ensino de química. Química Nova. Vol. 35, n 2, 430-434, 2012.
PATERNINA,E; ARIAS,J.M.; BARRAGÁN,D. Estudio cinético de la descomposición catalizada de peróxido de hidrógeno sobre carbón activado. Química Nova. Vol. 32, n 4, 934-938, 2009.
RUBINGER,M.M.M.; BRAATHEN, P.C.; Experimentos de Química com Materiais Alternativos de Baixo Custo e Fácil Aquisição. Ed UFV, Viçosa - MG, 2006. 84p.
SOUZA,A.A. de; FARIAS,R.F. de. Cinética Química: teoria e prática. Ed. Átomo, Campinas – SP, 2008. 88p.
TEÓFILO,R.F., BRAATHEN,P.C.; RUBINGER,M.M.M. Reação relógio iodeto/iodo com material alternativo de baixo custo e fácil aquisição. Química Nova na Escola, n 16, 41-44, 2002.