Reação do relógio de iodo
A reação do relógio de iodo, também chamada de reação de Landolt, é um experimento clássico de demonstração para exibir a cinética química em ação; foi descoberto por Hans Heinrich Landolt em 1886.[1] Há diversas variações desse experimento, cada uma envolvendo espécies de iodo (íon iodeto, iodo livre ou íon iodato) e reagentes redox na presença de amido. Duas soluções incolores são misturadas e, a princípio, não há reação visível. Após um curto intervalo de tempo, o líquido adquire repentinamente um tom azul escuro devido à formação de um complexo (tri‑iodeto)-amido. Em algumas variações, a solução alterna repetidamente entre incolor e azul, até que os reagentes se esgotem.
Variação com peróxido de hidrogênio[editar | editar código-fonte]
Esse método começa com uma solução de peróxido de hidrogênio e ácido sulfúrico. A ela, é adicionada uma solução contendo tiossulfato de sódio, iodeto de potássio e amido. Há duas reações ocorrendo simultaneamente na solução.
Na primeira reação (mais lenta), o iodo é produzido:
Na segunda, mais rápida, o iodo é convertido em íons iodeto pelo tiossulfato:
Depois de certo tempo, a solução muda de cor para um azul muito escuro, quase preto.
Quando as soluções são misturadas, a segunda reação faz com que o iodo seja consumido muito mais rápido do que é gerado, e apenas uma pequena quantidade de iodo fica presente no equilíbrio dinâmico. Uma vez esgotado o ânion tiossulfato, essa reação cessa, o que possibilita a formação do íon tri-iodeto, e se estabelece a cor azul do complexo (tri‑iodeto)-amido.
Qualquer coisa que acelere a primeira reação encurta o tempo até que a solução mude de cor. Diminuir o pH (aumentando a concentração de H+), ou aumentar a concentração de iodeto ou de peróxido de hidrogênio encurta o tempo reacional. Adicionar mais tiossulfato tem o efeito oposto; faz com que leve mais tempo para o aparecimento da cor azul.
Em vez de tiossulfato de sódio, a cisteína também pode ser usada como substrato.[2]
O íon iodeto proveniente do iodeto de potássio é convertido a iodo na primeira reação:
O iodo produzido é, então, reduzido de volta a iodeto pelo agente redutor, a cisteína. Ao mesmo tempo, a cisteína é oxidada a cistina.
Analogamente ao caso do tiossulfato, quando a cisteína se esgota, a cor azul aparece.
Variação com iodato[editar | editar código-fonte]
Um método alternativo usa uma solução de iodato (por exemplo, iodato de potássio) à qual é adicionada uma solução acidificada (novamente com ácido sulfúrico) de bissulfito de sódio.[3]
Nessa variação, o ânion iodeto é gerado pela seguinte reação lenta entre o iodato e o bissulfito:
Esse primeiro passo é o determinante da velocidade reacional. Em seguida, o iodato em excesso oxida o iodeto gerado acima para formar iodo (reação de Dushman)[4]:
No entanto, o iodo é reduzido imediatamente de volta a iodeto pelo bissulfito:
Quando o bissulfito é totalmente consumido, o iodo em excesso (que não é reduzido por bissulfito) pode formar o íon tri-iodeto e, consequentemente, o complexo azul escuro com o amido.
Variação com persulfato[editar | editar código-fonte]
Nessa reação, usa-se persulfato de sódio, de potássio ou de amônio para oxidar íons iodeto a iodo. O tiossulfato de sódio é usado para reduzir o iodo de volta a iodeto antes que se forme tri-iodeto que possa complexar com o amido para fornecer a característica cor azul escuro.
Iodo é gerado:
Logo depois, é consumido:
Uma vez consumido todo o tiossulfato, o iodo pode complexar com o amido. O persulfato de potássio é menos solúvel (conforme Salters website), enquanto o persulfato de amônio tem uma solubilidade maior e é usado na reação descrita em exemplos da Universidade de Oxford.[5]
Variação com clorato[editar | editar código-fonte]
Uma sequência experimental do relógio de iodo também foi estabelecida para um sistema que consiste em iodo/iodeto de potássio (mistura conhecida como lugol), clorato de sódio e ácido perclórico, ocorrendo através das seguintes reações.[6]
O tri-iodeto está presente em equilíbrio com o ânion iodeto e o iodo molecular:
O ânion clorato oxida o iodeto formando ácido hipoiodoso e ácido cloroso na etapa determinante da velocidade reacional:
O consumo de clorato é acelerado pela reação com ácido hipoiodoso, gerando ácido iodoso e mais ácido cloroso:
A autocatálise aumenta quando o ácido iodoso recém-gerado também converte o clorato na etapa reacional mais rápida:
Nesse relógio, o período de indução é o tempo que leva para o processo autocatalítico começar, após o qual a concentração de iodo livre cai rapidamente, conforme observado por espectroscopia UV-visível.
Ver também[editar | editar código-fonte]
Referências
- ↑ Michel, Richard S. (1 de agosto de 1996). «Iodine clock reaction». ACS Publications. 73 (8): 783. Consultado em 5 de março de 2022
- ↑ Limpanuparb, T.; Ruchawapol, C.; Sathainthammanee, D. (2019). «Clock Reaction Revisited: Catalyzed Redox Substrate-Depletive Reactions». Journal of Chemical Education. 96: 812–818
- ↑ «Experiment 6: THE RATE LAWS OF AN IODINE CLOCK REACTION» (PDF)
- ↑ Xu, Li; Horváth, Attila K. (2014). «Autocatalysis-Driven Clock Reaction II: Kinetics of the Pentathionate−Periodate Reaction». The Journal of Physical Chemistry. 118 (42): 9811–9819
- ↑ Hugh Cartwright (2006). «Kinetics of the Persulfate-iodide Clock Reaction» (PDF). 2nd/3rd Year Physical Chemistry Practical Course. Oxford University. Consultado em 25 de março de 2018
- ↑ André P. Oliveira and Roberto B. Faria (2005). «The chlorate-iodine clock reaction». J. Am. Chem. Soc. 127 (51): 18022–18023. PMID 16366551. doi:10.1021/ja0570537