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Química Avançada 2015 - Discursiva 5

Cinética da descoloração de corantes alimentares. De Química Avançada 2015 - Discursiva 5. 

Transcrição de vídeo

RKA3JV Questão 5. Corantes alimentícios azuis podem ser oxidados por alvejantes domésticos que contém hipoclorito, formando produtos descoloridos, como representado pela equação acima. Veja que aqui à esquerda temos o corante alimentício azul reagindo com hipoclorito e produzindo produtos descoloridos. Um estudante usou um espectrofotômetro regulado em um comprimento de onda de 635 nanômetros para estudar a absorbância do corante alimentício ao longo do tempo, durante o processo de descoloração. Então, como estamos falando de uma cor azul, estou supondo que este é o comprimento da onda azul, 635 nanômetros. Uma vez que será opticamente refletida pelo corante e permitirá sua detecção pelo espectrofotômetro. Em seu estudo, o alvejante é presente em excesso, de modo que a concentração de hipoclorito é praticamente constante durante a reação. O estudante utilizou as informações de seu estudo para elaborar os gráficos abaixo. Nestes gráficos podemos ver no eixo vertical, das ordenadas, que se apresentam os dados relativos à absorbância, distribuídos de maneira logarítmica ao meio e de maneira inversa à direita. Portanto, podemos interpretar a absorbância como um indicativo da concentração do corante alimentício na reação. No eixo das abcissas, isto é, o eixo "x" horizontal, temos o tempo em segundos, nos três gráficos. Vemos, então, que a concentração do corante vai decaindo ao longo do tempo. Assim, vamos às questões. Item "A". Baseado nos gráficos acima, qual é a ordem da reação no que diz respeito ao corante alimentício azul? Vamos fazer uma revisão rápida para tomarmos nossa decisão. Em primeiro lugar, lembre-se que a ordem de uma reação é o expoente de sua concentração na lei da velocidade. Assim, uma reação de ordem zero é uma reação na qual a taxa é constante, independentemente da concentração do seu regente, que no caso aqui é o corante. Bem, então uma reação de ordem zero se parece com uma reta, e não é esse o caso que temos aqui. Veja que na curva de concentração de nosso corante, temos no início uma inclinação bastante íngreme. E esta inclinação vai se aproximando da horizontal à medida que o tempo passa e a reação prossegue. Portanto, esta não é uma reação de ordem zero, pois se fosse de ordem zero a curva seria como essa reta laranja apresentada aqui. Se observarmos a absorbância, que remete à concentração do corante, em uma distribuição logarítmica natural, temos claramente uma reta. Eu não vou entrar nos detalhes disso aqui, pois para isso precisaríamos de um pouco de cálculo e de equações diferenciais básicas. Mas, visualmente, este é um indicativo de primeira ordem. Portanto, podemos dizer que uma reação de primeira ordem é aquela na qual a taxa de reação é proporcional à concentração do seu reagente, ou seja, a concentração de corante. Eu vou abordar um pouco de cálculo aqui para conferir precisão à resposta. Mas, se isso for estranho para você, se você nunca teve contato com cálculo, pode ignorar esta parte da resposta. Vamos, então, dizer que a taxa de variação da concentração de corante em função da taxa de variação do tempo é proporcional à concentração do corante. Desta maneira, é esperado que o log natural da concentração do corante em função do tempo seja uma linha. De modo que esta é uma característica que nos permite identificar uma reação de primeira ordem. Mas, você pode ver isso aqui ao notar que quando a concentração do corante é elevada, a taxa de reação é alta. Isto é, a inclinação da reta é alta. Depois, à medida em que a concentração decai, diminui também a inclinação da reta, a taxa de reação. Conseguimos notar isso sem precisarmos de cálculo. Se você está pensando em uma reação de segunda ordem, você pode olhar para este gráfico à direita, que revela a relação inversa da absorbância e, então, da concentração do corante. Se fosse uma reação de segunda ordem, teríamos, no gráfico à direita, uma reta, o que não é o caso. Logo, esta é uma reação de primeira ordem. Vamos à parte "B", agora. A reação que diz respeito à descoloração é conhecida como sendo de primeira ordem. Em um segundo experimento, o estudante preparou soluções de corante alimentício e alvejante com concentrações que diferem daquelas usadas no primeiro experimento. Quando as soluções são combinadas, o estudante observa que a reação de mistura atinge uma absorbância próxima de zero rapidamente. Intencionado a corrigir o problema, o estudante propôs três possíveis modificações ao experimento. A primeira modificação é aumentar a temperatura. A outra, aumentar a concentração do corante alimentício. E, por fim, aumentar a concentração do alvejante. Circule a modificação proposta acima que pode corrigir o problema e explique como essa modificação aumenta o tempo da reação de mistura de modo a atingir a absorbância próxima de zero. Bem, se o estudante não quer que a descoloração ocorra muito rápido, isto é, que a equação seja muito rápida, o que ele tem de fazer? Se ele aumentar a temperatura, ele vai aumentar o grau de agitação das moléculas, aumentando o número de colisões intermoleculares e, portanto, vai elevar ainda mais a reação. Podemos, assim, descartar esta possibilidade. A segunda sugestão é aumentar a concentração de corante. Isso faz sentido, uma vez que se a solução está ficando clara muito rápido, ao adicionarmos mais corante azul, teremos maior absorbância azul e, portanto, vai demorar mais para clarear a solução. A terceira sugestão, por sua vez, é oposta à segunda, porque se o alvejante é o responsável pelo clareamento da solução, ao colocarmos mais alvejante, sua ação será potencializada. E, logo, o clareamento será mais rápido. Como o que o estudante quer é retardar a reação, tornar o clareamento mais lento, temos que circular a segunda sugestão, que propõe aumentarmos a concentração do corante azul. Então, vamos eliminar a primeira e a terceira proposta, circular a segunda e justificar. Mais corante leva a uma maior absorbância inicial, e, então, resulta em um maior tempo até que a mistura se aproxime de absorbância zero. Agora, por fim, vamos ao item "C". Em outro experimento, um estudante deseja estudar a oxidação do corante alimentício vermelho pelo alvejante. Como o estudante deverá modificar o procedimento experimental inicial para determinar a ordem de reação no que diz respeito ao corante alimentício vermelho? Bem, no geral, este é um bom experimento, pois foram elaboradas três maneiras diferentes de ver qual ordem de reação estamos falando. Mas, no início da questão, note que foi dado um determinado comprimento de onda luminosa, que, provavelmente, remete à faixa de comprimento de cor azul. Então, se agora a cor a ser detectada não é mais o azul e sim o vermelho, a modificação que precisamos fazer diz respeito à detecção deste comprimento de onda. Logo, o estudante deverá alterar a faixa de detecção do espectrofotômetro para o comprimento de onda referente ao vermelho. Todo o resto parece muito razoável e podemos manter assim.