Questão Q02 da 2ª fase da FUVEST 2014
Investigou-se a velocidade de formação de gás hidrogênio proveniente da reação de Mg metálico com solução aquosa de \ce{HCl}. Uma solução aquosa de \ce{HCl} foi adicionada em grande excesso, e de uma só vez, sobre uma pequena chapa de magnésio metálico, colocada no fundo de um erlenmeyer. Imediatamente após a adição, uma seringa, com êmbolo móvel, livre de atrito, foi adaptada ao sistema para medir o volume de gás hidrogênio produzido, conforme mostra o esquema ao lado.
Os dados obtidos, sob temperatura e pressão constantes, estão representados na tabela abaixo e no gráfico na página de respostas.
| Tempo (min) | Volume de \ce{H2} acumulado (\text{cm}^3) |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 1 | 15 |
| 2 | 27 |
| 3 | 36 |
| 4 | 44 |
| 5 | 51 |
| 6 | 57 |
| 7 | 62 |
| 8 | 66 |
a) Analisando os dados da tabela, um estudante de Química afirmou que a velocidade de formação do gás \ce{H2} varia durante o experimento. Explique como ele chegou a essa conclusão.
Em um novo experimento, a chapa de Mg foi substituída por raspas do mesmo metal, mantendo-se iguais a massa da substância metálica e todas as demais condições experimentais.
b) No gráfico na página de respostas, esboce a curva que seria obtida no experimento em que se utilizou
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Resolução comentada
a) Velocidade de formação do \ce{H2} é a variação do volume acumulado por unidade de tempo, v=\dfrac{\Delta V}{\Delta t}. Calculando a cada minuto:
- 0 a 1 min: 15\ \text{cm}^3
- 1 a 2 min: 12\ \text{cm}^3
- 2 a 3 min: 9\ \text{cm}^3
- 3 a 4 min: 8\ \text{cm}^3
- 4 a 5 min: 7\ \text{cm}^3
- 5 a 6 min: 6\ \text{cm}^3
- 6 a 7 min: 5\ \text{cm}^3
- 7 a 8 min: 4\ \text{cm}^3
Se a velocidade fosse constante, o volume formado em intervalos de tempo iguais seria sempre o mesmo, e o gráfico seria uma reta. Como o volume produzido por minuto diminui ao longo do tempo, o estudante concluiu que a velocidade não é constante. Ela é máxima no início e diminui. Isso acontece porque o Mg vai sendo consumido, e a área de contato da chapa com a solução diminui. O \ce{HCl} está em grande excesso, então sua concentração praticamente não limita a reação.
A velocidade de formação de \ce{H2} diminui com o tempo: o volume formado por minuto cai de 15 para 4 cm³.
b) Raspas e chapa têm a mesma massa de Mg, mas as raspas têm área de superfície muito maior. Maior superfície de contato significa mais colisões efetivas entre \ce{H+} e Mg por unidade de tempo, então a reação é mais rápida.
A curva das raspas:
- parte da origem, como a anterior;
- é mais inclinada no início (a velocidade inicial é maior) e fica acima da curva da chapa em todos os instantes;
- atinge o patamar (reação terminada, Mg totalmente consumido) em tempo menor.
A massa de Mg é a mesma e o \ce{HCl} está em excesso, então o volume final de \ce{H2} é o mesmo nos dois experimentos, porque a quantidade total de gás depende só da quantidade de Mg. A curva das raspas termina no mesmo patamar de volume que a da chapa, mas o alcança antes.
Curva mais íngreme e acima da original, atingindo antes o mesmo volume final de \ce{H2}.
Assuntos: cinética química, velocidade de reação, superfície de contato.
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