Cinetiqueitor e Equilibreitor - atividades com planilhas Por: Alfredo Mateus

 Nestas atividades iremos mostrar como usar duas planilhas, Cinetiqueitor e Equilibreitor, para discutir aspectos relevantes sobre a velocidade das reações e o estado de equilíbrio. A ideia é focar nos aspectos qualitativos dos gráficos sem perder de vista o lado quantitativo.

A planilha foi criada por mim. As perguntas da atividade foram desenvolvidas como parte da monografia de final de curso desenvolvida por Gabriel Vieira, sob minha orientação.

Materiais Necessários

  • arquivos das planilhas (gratuitos, veja passo 1)
  • computadores para os alunos ou
  • computador com datashow para o professor

Fase 1 - As planilhas

As planilhas estão disponíveis em um único arquivo, nos formatos compatíveis com os programas Open Office e Microsoft Excel. 

O Open Office é um conjunto de programas que inclui editor de texto, planilha, apresentação, etc. de código livre e gratuito. Ele pode ser encontrado em português aqui:

http://www.openoffice.org/download/

Você pode baixar as planilhas aqui:

http://pontociencia.org.br/planilhas/equilibreitor.ods - formato do Open Office

http://pontociencia.org.br/planilhas/equilibreitor.xls - formato do Microsoft excel

Após baixar o arquivo no formato que irá utilizar, basta abrir a planilha no programa.

 

Fase 2 - uma planilha para o estudo de cinética

A primeira planilha, Cinetiqueitor, foi criada para se estudar a cinética de uma reação química bem simples, em que um reagente A se transforma em um produto B.

A velocidade da reação é proporcional à concentração de A. Existem vários experimentos que podem ser usados para observar a variação da velocidade com a concentração dos reagentes. É interessante que os alunos tenham trabalhado os fatores que afetam a velocidade de uma reação antes de usarem a planilha. 

Dizer que a velocidade de reação é diretamente proporcional à concentração dos reagentes é o mesmo que dizer que existe uma constante de proporcionalidade que relaciona a velocidade com a concentração. Esta constante recebe o símbolo k (minúsculo).

Você pode variar a concentração inicial de A, chamada de A0 (A zero) clicando na célula da planilha e entrando o valor. 

Podemos variar o tempo que leva para que metade do reagente seja consumido, uma grandeza chamada de tempo de meia vida.

Você pode variar a concentração inicial de A, chamada de A0 (A zero) clicando na célula da planilha e entrando o valor.

Ao entrar o valor do tempo de meia vida, a planilha calcula automaticamente a constante de velocidade, k. Varie o tempo de meia vida e observe o que ocorre no gráfico de concentração de A versus o tempo. Veja nas figuras abaixo o que ocorre com o gráfico. 

Todas as outras células da planilha estão protegidas, ou seja, você não consegue modificar o seu conteúdo. 

Uma característica importante de reações simples como este exemplo, em que temos apenas um reagente e a velocidade depende da sua concentração diretamente (uma chamada reação de primeira ordem) é que o tempo de meia vida é constante por toda a reação. Ou seja, se a concentração cai pela metade em 2 segundos, após mais dois segundos ela será um quarto da inicial, depois um oitavo e assim por diante. Isso é um decaimento exponencial e é o que ocorre, por exemplo, quando um material radioativo emite uma partícula e se transforma em um outro elemento.  

Fase 3 - uma planilha para o estudo do equilíbrio químico

 A segunda planilha, Equilibreitor, foi criada para se estudar o que acontece em uma reação química reversível bem simples, em que A se transforma em B e B se transforma em A.

Novamente, podemos entrar o valor da concentração inicial de A, A0. Além disso, podemos variar as constantes de velocidade das duas reações, a reação direta, em A se transforma em B e a inversa, em que B se transforma em A. Chamamos estas constantes respectivamente de k1 e k2. 

Dois gráficos foram construídos para esta planilha. No primeiro temos novamente a concentração de A e B versus o tempo. No segundo vemos como mudou a variação da concentração com o tempo. Ou seja, no segundo grafíco vemos de uma certa forma a como a velocidade da reação mudou com o tempo. Não usamos o termo velocidade, pois quando esta "velocidade" se torna zero, ainda temos as duas reações ocorrendo, mas não temos variação nas concentrações de A e B.

Você pode variar estas duas constantes e observar imediatamente o que ocorre nos gráficos ao lado. Essa é uma vantagem muito interessante de se usar o computador. Imagine ter de calcular na mão cada ponto do gráfico e ter de desenhar o gráfico para cada possibilidade!

Para organizar essa investigação do que a planilha pode fornecer em termos de conceitos relativos ao equilíbrio químico, elaboramos um pequeno tutorial, com sugestões de valores para se entrar na planilha e o que observar. O tutorial se inicia no próximo passo.

Fase 4 - Tutorial - usando o Cinetiqueitor

I. Abra a planilha “Cinetiqueitor/Equilibreitor” e escolha a aba “Cinetiqueitor”.

II. Procure uma célula Chamada A0. O valor que está à sua frente é o valor da concentração inicial da espécie A. a) Qual o significado de concentração inicial? b) É possível que a concentração de A seja, em algum momento, maior que A0?

III. Observe o quadro de concentrações e tempo de reação e responda: c) Em qual tempo a concentração de A é igual a A0? d) Qual a concentração de B nesse momento? e) O que acontece com a concentração das espécies A e B após esse momento?

IV. Observe o valor de k. f) Sugira uma explicação para o significado de k. Para isso, observe a unidade de medida desse valor. g) Você diria que o sistema atinge o estado de equilíbrio químico em algum momento? Justifique.

Fase 5 - Tutorial - usando o Equilibreitor

V. Escolha a aba “Equilibreitor”

h) Qual a concentração de B quando a concentração de A é igual a A0? i) O que acontece com a concentração das espécies A e B após esse momento?

VI. Insira os valores de 0,5 e 0,05 mol/L.s para k1e k2, respectivamente.

j) As concentrações das espécies A e B ficam iguais em algum momento? Em caso afirmativo, qual é o tempo de reação em que isso ocorre? k) As concentrações das espécies A e B ficam constantes em algum momento? Em caso afirmativo, qual é o tempo de reação em que isso ocorre?AP13 l) Em qual tempo a variação das concentrações das espécies é maior? Como essa variação muda após o início da reação? Explique o comportamento observado. m) Em qual tempo de reação você diria que foi estabelecido um estado de equilíbrio químico? Justifique. n) Calcule o quociente entre o valor da concentração de B e o valor da concentração de A ([B] ÷ [A]) depois de ter sido atingido o estado de equilíbrio químico. Este valor varia após este momento? o) Calcule o quociente entre o valor de k1 e o valor de k2. Compare esse valor com o valor encontrado para o quociente da questão anterior. Eles são iguais? Em caso afirmativo, você diria que eles representam a mesma coisa? Justifique.

VII. Dobre o valor da concentração inicial de A.

p) Calcule novamente o quociente entre o valor da concentração de B e o valor da concentração de A ([B] ÷ [A]) depois de ter sido atingido o estado de equilíbrio químico. Esse valor mudou em relação à situação anterior?

VIII. Sugira outros valores para A0 (maiores que 0,1 mol/L)AP14 e calcule o mesmo quociente.

q) Sugira uma definição para o termo “constante de equilíbrio”. r) Escreva em seu caderno uma possível definição de estado de equilíbrio químico baseando-se nos dados fornecidos na planilha. s) Qual reação está ocorrendo em maior extensão, a direta ou a inversa?

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