Procurando um bom experimento para mostrar para os seus alunos fenômenos relacionados ao equilíbrio químico? É possível mostrar o que é uma reação reversível e quais são os fatores que influem no seu deslocamento, gastando muito pouco material e gerando muito poucos resíduos, de uma maneira bem visual.
Prepare o experimento
Para este experimento, você vai precisar de cloreto de cobalto (II) hexahidratado. Este não é um reagente fácil de se encontrar fora de lojas especializadas, mas a quantidade que será utilizada é bem pequena.
Vamos preparar duas soluções com o cloreto de cobalto:
- solução de cloreto de cobalto em água 0,1 mol/l (preparamos 30 ml – pese 0,7 g de cloreto de cobalto e dissolva em 30 mL de água destilada).
- solução de cloreto de cobalto em etanol 0,1 mol/l (preparamos 30 ml – pese 0,7 g de cloreto de cobalto e dissolva em 30 mL de etanol 92 GL).
Colocamos as soluções em frascos conta-gotas para facilitar seu uso.
Você vai precisar também de tubos de ensaio pequenos ( 10 cm de coprimento por 1 cm de diâmetro externo) e de um suporte para tubos de ensaio (nós fizemos o nosso suporte usando a impressão 3D).
Por fim, vai precisar de 2 recipientes transparentes e de água quente e água gelada. Para esquentar água em sala de aula, você pode usar um ebulidor. A água gelada pode vir de um bebedouro na escola, por exemplo.
Use o experimento na sua aula
A solução de cloreto de cobalto em etanol possui cor azul escura. Já a solução de cloreto de cobalto em água é rosa. Vamos colocar cerca de 20 gotas da solução de cloreto de cobalto em álcool em um tubo de ensaio. Mostre para os alunos a cor da solução. Em seguida, coloque uma ou duas gotas da solução de cloreto de cobalto em água, de modo que a solução fique roxa.
Repita este procedimento para ter 3 tubos de ensaio com soluções roxas, com coloração semelhante.
Coloque água quente (cerca de 70-80 oC) em um frasco transparente e água gelada em outro. Coloque um dos tubos de ensaio contendo a mistura roxa de complexos de cobalto na água quente. Chame a atenção dos alunos para a mudança de cor, comparando com a solução roxa no outro tubo de ensaio.
Da mesma forma, coloque outro tubo de ensaio com a solução roxa no frasco com água gelada. Nós pegamos água gelada no bebedouro da escola. Chame a atenção para a cor da solução, que fica mais vermelha. Compare as cores dos três tubos, o da água quente, gelada e na temperaura ambiente.
Você pode colocar o tubo cuja solução ficou azul na água fria e o tubo que ficou rosa na água quente. As cores vão lentamente mudando com a temperatura, à medida que o equilíbrio é deslocado.
Você pode repetir este procedimento diversas vezes, mostrando que a reação é reversível.
O que acontece
Na solução de cloreto de cobalto temos um eqilíbrio entre duas espécies com o íon cobalto (II). O íon cobalto (II) em água é cercado por 6 moléculas de água, que estão diretamente ligadas ao metal. Este tipo de ligação forma um íon complexo, no caso o hexaaquocobalto (II). O cobalto também pode formar um complexo com 4 íons cloreto, o ânion tetraclorocobaltato. Podemos ver a equação representando este equilíbrio na figura abaixo:
O complexo de cobalto com água tem uma coloração vermelha e o complexo com o íon cloreto é azul.
Quando temos uma reação reversível, as duas reações ocorrem simultaneamente, ou seja, ao mesmo tempo que reagentes se transformam em produtos, os produtos retornam aos reagentes. Isso não quer dizer que as quantidades de reagentes e produtos serão iguais.
O equilíbrio pode estar mais deslocado para a formação dos reagentes ou dos produtos. Quando temos muita água presente na solução, o equilíbrio se desloca para a esquerda, e a solução fica vermelha. Ao preparar a solução de cloreto de cobalto em etanol, o equilíbrio se desloca para a direita e a solução fica azul. Este é o efeito da concentração dos reagentes no equilíbrio.
Outro fator que pode afetar o equilíbrio é a temperatura. Em um equilíbrio, se a reação que forma os produtos da maneira como você escreveu a equação for endotérmica, a reação inversa sempre será exotérmica, e vice versa. O resultado disso é que podemos afetar a posição do equilíbrio aumentando ou diminuindo a temperatura. No caso do equilíbrio do cobalto, a reação que forma o complexo azul é endotérmica e a que forma o complexo rosa é exoteérmica.
Com isso, ao aumentarmos a temperatura, isso desloca o equilíbrio de modo a absorver esse calor, indo para o lado da reação endotérmica. Ao diminuirmos a temperatura, fazemos o processo inverso.
O efeito da concentraçãoe o efeito da temperatura no equilíbrio seguem o Princípio de Le Chatelier. Este princípio diz que o equilíbrio sempre vai no sentido de minimizar a perturbação que foi realizada no sistema.
Finalmentes
Gostou do experimento? Usaria na sua aula? Esta é uma maneira dos alunos interagirem com o fenômeno do equilíbrio químico e reações reversíveis usando muito pouco material e gerando uma quantidade muito pequena de resíduos. De qualquer forma, os resíduos devem ser guardados para serem descartados de maneira apropriada, já que soluções de cobalto não podem ser descartadas na pia.
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