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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 16, NOVEMBRO 2002

A seção “Experimentação no ensino de Química” descreve experimentos cuja implementação e interpretação contribuempara a construção de conceitos científicos por parte dos alunos. Os materiais e reagentes usados são facilmente encontráveis,permitindo a realização dos experimentos em qualquer escola. Neste número a seção apresenta dois artigos.

Reação relógio iodeto/iodo

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EXPERIMENTAÇÃO NO ENSINO DE QUÍMICA

Na reação de Landolt, uma solu-ção de iodato de potássio éadicionada a uma solução

acidificada de bissulfito de sódio con-tendo amido. Após certo tempo de rea-ção, a mistura inicialmente incolortorna-se subitamente azul intensa.Essa clássica reação relógio consistena oxidação lenta do íon iodeto a iodo(eq. 2), seguida da redução rápida doiodo novamente a iodeto (eq. 3). Oexperimento é cuidadosamente mon-tado de modo a esgotar, depois de umperíodo de tempo, o agente redutor,permitindo então que prevaleça a rea-ção lenta de oxidação do iodeto a iodo.

Na reação de Landolt, ocorre umaseqüência de reações:

Primeira reação (lenta)

IO3–(aq) + 3HSO3

–(aq) → I–(aq) +3SO4

2–(aq) + 3H+(aq) (1)

Segunda reação (lenta)

IO3–(aq) + 5I–(aq) + 6H+(aq) →

3I2(aq) + 3H2O(l) (2)

Terceira reação (rápida)

I2(aq) + HSO3–(aq) + H2O(l) →

2I–(aq) + SO42–(aq) + 3H+(aq) (3)

Quando todo o bissulfito é consu-mido, iodo acumula no sistema e a mis-tura muda subitamente de cor devidoà formação de um complexo azul. Napresença de iodeto, a interação doamido com o iodo leva a uma dis-tribuição de complexos com as espé-cies I3

– e I5– (veja, por exemplo, o artigo

de Yu et al., 1996). Mas, isto não inter-fere no que os experimentos do tiporeação relógio pretendem demonstrar.Portanto, simplificamos a represen-tação da formação desses complexosdo seguinte modo:

I2(aq) + I–(aq) + amido(aq) →amido-I3

–(aq) (4)

Esse tipo de experimento, bastanteutilizado no Ensino Médio em diversospaíses, foi incluído, inclusive, no mate-rial organizado por Pimentel e colabo-radores, dentro de um projeto quemodificou todo o ensino de química na

década de 60, conhecido como Chem-Study (Pimentel, 1969).

Uma variante da reação de Landoltdescrita por Skakhashiri e Direen (1982,p. 177-188) é bastante adequada paraestudos de cinética. Nesse caso, oagente redutor (o íon tiossulfato) atuaem apenas uma etapa. As eqs. 5 e 6descrevem as reações que ocorremnesse experimento.

2I–(aq) + S2O82–(aq) →

I2(aq) + 2SO42–(aq) lenta (5)

2S2O32–(aq) + I2(aq) →

S4O62–(aq) + 2I–(aq) rápida (6)

Quando o tiossulfato é totalmenteconsumido, da mesma maneira que nareação clássica de Landolt, iodo acu-mula no sistema e ocorre a mudançade cor devido à formação do complexocom o amido.

Skakhashiri (1992) propõe, tam-bém, outra seqüência similar, na qualo peroxidissulfato de potássio é subs-tituído por água oxigenada a 10 volu-mes.

Entretanto, reagentes como peroxi-dissulfato de potássio, tiossulfato esulfito de sódio costumam não ser

Reinaldo Francisco Teófilo, Per Christian Braathen e Mayura Marques Magalhães Rubinger

A velocidade das reações químicas é um assunto importante no ensino de Química. Há vários exemplos de reaçõesna literatura que podem ser usados em demonstrações ou aulas práticas sobre esse tema. Uma opção interessante éa clássica reação relógio de Landolt e similares, na qual ocorre uma súbita mudança de cor no sistema, indicando ofinal da reação. Considerando que os reagentes convencionais usados nessas reações não são facilmente acessíveisa professores do Ensino Médio, este trabalho apresenta alternativas com materiais e reagentes de fácil aquisição ebaixo custo.

cinética, oxirredução, materiais alternativos

Recebido em 05/12/01, aceito em 10/06/02

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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 16, NOVEMBRO 2002Reação relógio iodeto/iodo

facilmente acessíveis a professores doEnsino Médio. Assim, propomos nestetrabalho uma variante para a clássicareação de Landolt e outra para os ex-perimentos descritos por Shakashiri eDirreen, usando reagentes de fácilaquisição e baixo custo.

Materiais e reagentes• Frascos de vidro ou plástico de

500 mL• Frascos de vidro transparente de

aproximadamente 200 mL• Aparelhos de medida de volume

de 20 mL (provetas, seringasdescartáveis etc.)

• Aparelho de medida de volumede 500 mL (proveta ou outrofrasco graduado)

• Água oxigenada a 10 volumes• Iodato de potássio• Iodeto de potássio• Solução de ácido acético a 5%

ou vinagre de álcool• Vitamina C

Fontes alternativasA água oxigenada, a vitamina C e o

iodeto de potássio são encontradosem farmácias, este último na forma dexarope expectorante. O xarope deiodeto de potássio contém um coranteavermelhado, que não interfere navisualização do experimento. Caso sejado interesse do professor, esse corantepode ser previamente eliminado pelaadição de carvão ativo (comercializadoem cápsulas por farmácias de manipu-lação), seguida de filtração. A vitaminaC em tabletes efervescentes é maisindicada devido à facilidade de disso-lução no meio. Recomendamos ostabletes sabor lima-limão para minimi-zar o efeito de corantes. O vinagre deálcool é incolor e é vendido em super-mercados e substitui muito bem oácido acético. O iodato de potássio éadicionado ao sal utilizado na alimen-tação de gado e pode ser encontradoem lojas de implementos agrícolas.Provetas pequenas podem ser substi-tuídas por seringas descartáveis ou co-pos medidores de medicamentos e, asmaiores, por frascos graduados utiliza-dos em receitas culinárias. Para a reali-zação dos experimentos podem serutilizados frascos de conservas, derefrigerantes ou similares, conforme

ilustrado pelas figuras 1 e 3.

Procedimento

Experimento com iodato de potássio1. Prepare duas soluções A e B,

como descrito a seguir.Solução A: Dissolva 3 tabletes

efervescentes de 1 g de vitamina C em300 mL de água. Adicione 150 mL devinagre e 50 mL de suspensão deamido. A concentração de vitamina C(C6H8O6) nessa solução será aproxima-damente 0,034 mol L-1 e a solução terácoloração levemente amarelada devi-da ao corante presente nos tabletes devitamina C (sabor lima-limão). A sus-pensão de amido pode ser preparadapela adição de uma colher de chá deamido de milho a 50 mL de água fria,adicionando-se, em seguida, 200 mLde água em ebulição, deixando ferverpor cerca de 2 minutos. Deixe esfriarantes de usar.

Solução B: Dissolva 2,5 g de iodatode potássio em água, completando ovolume para 500 mL. A concentraçãode KIO3 nessa solução será aproxima-damente 0,023 mol L-1.

2. Misture volumes iguais dassoluções A e B, agitando vigorosa-mente a mistura para homogeneizar osistema em reação. Cronometre cuida-dosamente o tempo decorrido até amudança de cor que indica o fim dareação.

As reações envolvidas são seme-lhantes àquelas descritas na clássica

reação de Landolt e podem ser assimrepresentadas:

IO3–(aq) + 3C6H8O6(aq) → I–(aq) +

3C6H6O6(aq) + 3H2O(l) lenta (7)

IO3–(aq) + 5I–(aq) + 6H+(aq) →

3I2(aq) + 3H2O(l) lenta (8)

I2(aq) + C6H8O6(aq) → 2I–(aq) +C6H6O6(aq) + 2H+(aq) rápida (9)

Enquanto houver vitamina C em so-lução, ocorrerá a reação 9, que impedeo acúmulo de I2 no sistema. Quandotoda a vitamina C for consumida, aconcentração de iodo aumentará, for-mando-se o complexo com o amido,conforme exemplifica a eq. 4. A figuraabaixo ilustra o sistema antes e depoisda súbita mudança de cor.

Para verificar o efeito da concen-tração do iodato sobre a velocidade deformação de iodo no sistema, façadiluições sucessivas da solução B,conforme ilustrado pela Tabela 1.

A cada uma dessas soluções,

Figura 1: Experimento com iodato de potássio.

Tabela 1: Volumes indicados para prepa-ração das soluções de iodato de potássiode diferentes concentrações.

Solução Volume de Volume desolução B/mL água/mL

B1 50 0B2 40 10B3 30 20

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adicione 50 mL de solução A, agitandovigorosamente a mistura para homo-geneizar bem o sistema. Cronometrecuidadosamente o tempo decorridoaté a mudança de cor. Outras diluiçõespodem ser feitas, aumentando-se o nú-mero de experimentos. Entretanto, éimportante que a concentração inicialde KIO3 não fique inferior a 1/3 daconcentração inicial de vitamina C,pois, nesse caso, a vitamina C não serátotalmente consumida e a mudança decor não será observada.

Para verificar o efeito da tempera-tura sobre a velocidade dessas rea-ções, use uma das soluções descritasna Tabela 1 e faça o experimento emtrês temperaturas diferentes: [1] tem-peratura ambiente, [2] em banho-maria(50-60 °C, por exemplo) e [3] banhode gelo (5-10 °C, por exemplo). Noscasos [2] e [3] é importante que, du-rante a reação, o sistema seja total-mente imerso no banho quente ou frio,conforme ilustrado na Figura 2.

Experimento com xarope de iodetode potássio

1. Prepare duas soluções, C e D,como descrito a seguir.

Solução C: Dissolva meio tableteefervescente de vitamina C (aproxima-damente 0,5 g) em 200 mL de água.Adicione meio frasco (50 mL) de xaropede iodeto de potássio, 100 mL de vi-nagre e 50 mL de suspensão de amido.Complete com água até o volume de500 mL. A concentração de vitaminaC nessa solução será aproxima-damente 0,006 mol L-1. A solução Cpoderá ser de cor avermelhada devidoao corante normalmente presente noxarope de iodeto de potássio. O xaropecomercial usualmente contém 0,100 gde KI em cada 5 mL de xarope, num

total de 2,0 g de KI por frasco. Portanto,caso você disponha de KI em seulaboratório e queira usá-lo, substitua oxarope por uma solução desse sal deconcentração 0,012 mol L-1. A suspen-são de amido é preparada comodescrito anteriormente.

Solução D: Na água oxigenada a10 volumes (3%), a concentração deH2O2 é aproximadamente 0,89 mol L-1,que é adequada para esse experimen-to, podendo ser utilizada sem diluição.

2. Execute o experimento misturan-do volumes iguais das soluções C eD, agitando vigorosamente logo apósa mistura para homogeneizar o sistemaem reação. Cronometre cuidadosa-mente o tempo decorrido até a mudan-ça de cor.

Nesse experimento, o iodeto é oxi-dado a iodo, conforme a seguinteequação:

2I–(aq) + H2O2(aq) + 2H+(aq) →I2(aq) + 2H2O(l) lenta (10)

Entretanto, o iodo formado é rapida-mente reduzido pela vitamina C, comovisto anteriormente (eq. 9). Assim, sóocorrerá mudança de cor (eq. 4) quan-do toda a vitamina C tiver sido consu-mida. A Figura 3 ilustra o sistema an-tes e depois da súbita mudança de cor.

Para estudar o efeito da concen-tração do peróxido de hidrogênio sobrea velocidade da reação de oxidaçãodo iodeto, pode-se fazer diluições su-cessivas da solução de água oxige-

nada, de modo semelhante ao proce-dimento anterior. Esse experimentopermite maior variação nas concentra-ções do oxidante, pois o H2O2 está emgrande excesso. Alguns exemplosestão sugeridos na Tabela 2.

Para verificar o efeito da tempe-ratura na velocidade dessa reação,pode-se proceder conforme descritopara o experimento com o iodato.

Considerações finaisA principal vantagem da reação

relógio é que apresenta um ponto bemdefinido para a sua conclusão, secomparado com outras reações fre-qüentemente usadas para experimen-tos de cinética (dissolução de compri-mido efervescente, por exemplo). Umapossível desvantagem seria a comple-xidade do mecanismo da reação,dificultando a verificação experimentalda ordem da reação, caso o professorassim o desejasse. Entretanto, nossosalunos demonstraram, em um trabalhoadicional, que a reação é de primeira

Figura 2: Experimento envolvendo o efeitoda temperatura na velocidade da reação.

Figura 3: Experimento com xarope de iodeto de potássio.

Tabela 2: Volumes indicados para prepa-ração das soluções de H2O2 de diferentesconcentrações.

Solução Volume de Volume desolução D/mL água/mL

D1 50 0D2 45 5D3 40 10D4 35 15

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ordem em relação à água oxigenada.Em relação à reação clássica de

Landolt e variantes, a principal novi-dade dessas propostas de experi-mentos está na utilização da vitaminaC como agente redutor. Após a sub-missão deste trabalho à revista Quí-mica Nova na Escola (dezembro de2001), foi publicado um trabalho noJournal of Chemical Education (janeirode 2002), no qual o autor tambémpropõe o uso da vitamina C num expe-rimento no qual, em lugar de iodato ouiodeto, usa como material de partidaiodo (I2). O iodeto é produzido in situ,pela reação do iodo com a vitamina C.

As concentrações das soluçõesnos dois experimentos aqui descritospodem ser alteradas conforme a con-veniência e o tempo disponível. Damaneira como foram propostas nestetrabalho, as reações do experimentocom iodato ocorrem em um intervalode tempo um pouco menor que as doexperimento com o xarope de iodeto.As concentrações foram testadas demodo a permitir a observação dosfenômenos sem queos estudantes percama atenção e o interessecom a sua demora. Nocaso do experimentocom iodeto de potás-sio, por exemplo, po-deria ser usada umasolução C bem maisdiluída, preparada apartir de apenas umquarto (25 mL) do vo-lume contido no frascodo xarope. Funciona muito bem, maso tempo de reação aumenta bastante.

A determinação precisa de massaé quase sempre um problema em nos-sas escolas. Nos experimentos aquidescritos uma balança só seria neces-sária para a preparação da solução deiodato de potássio (solução B). Entre-tanto, grande exatidão na concen-tração dessa substância não é essen-cial, desde que não fique abaixo de 1/3 da concentração de vitamina C

Abstract: Iodide/Iodine Clock Reaction with Alternative Low-Cost and Easily-Acquired Material - The rate of chemical reactions is an important subject in chemistry teaching. There are several examplesof reactions that can be used in demonstrations or experimental classes about this theme. An interesting option is the classical Landolt clock reaction and similar ones, in which a sudden color changeoccurs in the system, indicating the end of the reaction. Taking into account that the conventional reactants used in these reactions are not easily accessible to high-school teachers, this paper presentsalternatives with low-cost and easily-acquired materials and reactants.Keywords: kinetics, oxireduction, alternative materials

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Para saber maisATKINS, P. e JONES, L. Princípios de

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http://chemLearn.chem.indiana.edu/demos/Rossini.htm.

(solução A). Uma boa saída é prepararvolumes maiores, por exemplo, 10 gde iodato de potássio dissolvidos em2 L de solução. Essa quantidade deKIO3 pode ser medida na própria lojaque vende o produto.

Por fim, mesmo quando dispõe-sede um laboratório bem equipado, comtodos os reagentes necessários paraa realização da reação relógio deLandolt ou suas variações tradicionais,os experimentos com materiais alterna-tivos têm o seu valor. A utilização detabletes de vitamina C, xarope expec-torante, amido de milho, enfim, mate-riais que estão presentes no cotidianodos alunos, pode tornar a aula maisinteressante. Além disto, os alunosaprendem que a Química extrapola asparedes do laboratório e está presenteem suas casas e em outros setores dasociedade.

Questões para discussãoO que se pode concluir sobre a in-

fluência da concentração do iodato (noprimeiro experimento) ou do peróxido

de hidrogênio (nosegundo experimen-to) sobre a veloci-dade das reaçõesrealizadas? Como ist-o poderia ser explica-do?

Observando asequações químicas 9e 10, a modificaçãoda concentração ini-cial de iodeto no sis-tema alteraria a ve-

locidade da reação?O que se pode concluir sobre a in-

fluência da temperatura na velocidadedas reações realizadas? Como istopoderia ser explicado?

Reinaldo F. Teófilo, licenciado e bacharel em Químicapela Universidade Federal de Viçosa (UFV), é mes-trando em Agroquímica (área de concentração: Quí-mica Analítica) na UFV. Per Christian Braathen(braathen@mail.ufv.br), licenciado em Química pelaUniversidade do Estado do Rio de Janeiro, mestre emQuímica Analítica pela Pontifícia Universidade Católica

Reação relógio iodeto/iodo

A utilização de materiaisque estão presentes no

cotidiano dos alunos podetornar a aula mais

interessante. Além disto, osalunos aprendem que a

Química extrapola asparedes do laboratório e

está presente em suascasas e em outros setores

da sociedade

do Rio de Janeiro e doutor em Educação Científicapela Universidade de Wisconsin (EUA), é docente doDepartamento de Química da UFV. Mayura M.M.Rubinger (mayura@mail.ufv.br), licenciada e bacha-rel em Química pela Universidade Federal de MinasGerais (UFMG), mestre em Química Orgânica pelaUFMG e doutora em Química Orgânica pela Uni-versidade de Reading (Inglaterra), é docente do De-partamento de Química da UFV.