Nota de Aplicação | ABSOR.B™
MEDIÇÃO DA VELOCIDADE DE REAÇÕES QUÍMICAS POR MEIO DA ABSORBÂNCIA
por Dimitria Camasão e CEP Noemie Deloire,
Cientistas de Aplicação, Rheolution Inc.
Resumo
- As reações químicas nas quais participam reagentes ou produtos coloridos podem ser analisadas por meio das variações em sua capacidade de absorção ao longo do tempo em comprimentos de onda específicos.
- O ABSOR.B™ mediu com precisão a cinética de absorvância de uma mistura composta por corante alimentício azul e alvejante.
- A equação de velocidade da reação química entre o corante azul e a água sanitária foi determinada por meio da cinética de absorvância.
INTRODUÇÃO À MEDIÇÃO DA ABSORVÂNCIA NA ANÁLISE DE REAÇÕES QUÍMICAS
Introdução
Reações químicas nas quais um dos reagentes ou produtos é colorido podem ser monitoradas por meio de medições de absorvância ao longo do tempo. Por exemplo, moléculas de corante podem reagir com substâncias específicas, alterando sua estrutura química e, consequentemente, sua capacidade de absorver ou refletir a luz da mesma forma. Da mesma forma, a atividade das enzimas pode ser monitorada quando a reação entre a enzima e o substrato resulta em um produto colorido. Nesses dois exemplos, a velocidade da reação química pode ser representada pelo desaparecimento dos reagentes ou pelo surgimento dos produtos, respectivamente.
Essas medições (absorvância ao longo do tempo) fornecem informações sobre a velocidade de reação e a atividade dos reagentes. A velocidade de reação (ou lei de velocidade) é uma descrição matemática de como a velocidade de uma reação química depende da concentração molar de seus reagentes. Determinar as leis de velocidade é fundamental para aprofundar a compreensão das reações químicas, otimizar as condições de reação e garantir a produção eficiente e controlada dos produtos desejados em diversos campos científicos e industriais.
Nesse contexto, o ABSOR.B™ foi utilizado neste estudo para analisar a cinética da reação entre um corante alimentício (corante azul) e o hipoclorito de sódio (alvejante). O íon hipoclorito (ClO⁻) é um agente oxidante que remove um ou mais elétrons das moléculas do corante, alterando sua estrutura química, o que, por sua vez, faz com que ele não seja mais capaz de absorver luz na faixa do visível. A diminuição da absorvância durante a reação foi medida em duas concentrações diferentes de alvejante. Os dados obtidos foram então utilizados para determinar a equação química da velocidade de reação.
ABORDAGEM EXPERIMENTAL PARA A MEDIÇÃO DA ABSORVÂNCIA EM QUÍMICA
Materiais e Métodos
O corante alimentício (cor azul) foi misturado com hipoclorito de sódio (alvejante, NaClO) em frascos de 10 mL em duas concentrações (0,134 M e 0,269 M de ClO). Os frascos foram imediatamente inseridos no ABSOR.B™ e os testes foram realizados à temperatura ambiente, utilizando o cartucho Emitt.635, o cartucho óptico de emissão que emite luz no comprimento de onda de 635 nm (os componentes azuis apresentam seu pico de absorvância próximo a esse comprimento de onda). Foram coletados os valores de absorvância ao longo do tempo para cada amostra (n = 3 para cada condição). A lei de velocidade foi calculada a partir da cinética de absorvância (1,2).
ANÁLISE DAS VELOCIDADES DE REAÇÃO POR MEIO DE MEDIÇÕES DE ABSORVÂNCIA
Resultados e Discussão
Monitoramento experimental da reação química
A Figura 1 apresenta os resultados para cada concentração de hipoclorito de sódio misturada com o corante azul em triplicata (n=3). Como esperado, a reação ocorreu mais rapidamente na amostra com a maior concentração de hipoclorito de sódio, conforme demonstrado pela diminuição mais rápida da absorvância. Também é possível observar a grande repetibilidade dos resultados entre as réplicas para cada condição. A variabilidade intraindividual inerente aos tecidos animais e o pequeno número de amostras (n=3) reforçam a alta repetibilidade e sensibilidade dos resultados.
Figura 1: Absorvância (Abs) do corante azul de grau alimentício em função do tempo, quando misturado com hipoclorito de sódio a 0,269 M (laranja) e 0,134 M (turquesa).
Modelagem teórica da reação química
Essa reação química com seus coeficientes estequiométricos (m e n) pode ser representada da seguinte forma:
A equação de velocidade dessa reação, em função da concentração molar de seus reagentes, pode ser escrita da seguinte forma:
![rate = k [blue dye]m[hypochlorite]n](data:image/svg+xml;base64,PHN2ZyB2aWV3Qm94PSIwIDAgNzAzIDM1IiB3aWR0aD0iNzAzIiBoZWlnaHQ9IjM1IiB4bWxucz0iaHR0cDovL3d3dy53My5vcmcvMjAwMC9zdmciPjwvc3ZnPg==){kind=small}
Onde k é a constante de velocidade (específica para uma determinada reação e temperatura), e m e n são expoentes que definem a ordem da reação.
Nesse experimento, o hipoclorito de sódio estava em grande excesso em relação ao corante azul. Portanto, sua concentração não sofreu alterações significativas durante essa reação química, podendo ser considerada aproximadamente constante.
Para determinar inicialmente o expoente m e, considerando que a concentração de hipoclorito pode ser aproximada como uma constante neste experimento, a pseudo-constante de velocidade (k’) pode então ser determinada da seguinte forma:
![k [hypochlorite]n](data:image/svg+xml;base64,PHN2ZyB2aWV3Qm94PSIwIDAgNzAzIDMyIiB3aWR0aD0iNzAzIiBoZWlnaHQ9IjMyIiB4bWxucz0iaHR0cDovL3d3dy53My5vcmcvMjAwMC9zdmciPjwvc3ZnPg==){kind=small}
Portanto, a lei de velocidade pode ser reescrita da seguinte forma:
Ao traçar os gráficos de Abs em função do tempo, ln(Abs) em função do tempo e 1/Abs em função do tempo, é possível determinar a ordem de reação do corante azul. Se:
– A relação entre Abs e o tempo é linear: reação de ordem zero (m = 0)
– ln(Abs) em função do tempo é linear: reação de primeira ordem (m = 1)
– 1/Abs em função do tempo é linear: reação de segunda ordem (m = 2)
Figura 2 mostra que o maior valor de R² obtido foi para as curvas de ln(Abs) em função do tempo (R² > 0,99); portanto, trata-se de uma reação de primeira ordem no que diz respeito ao corante azul (m = 1). Além disso, a pseudoconstante (k’) é igual a menos a inclinação da reta de regressão linear. Com essas informações, é possível calcular a constante da lei de velocidade ( k), da seguinte forma:
A constante de velocidade (k) para essa reação é, portanto, 0,29 (M.s)⁻¹ e, utilizando a equação 2, n também é igual a 1. Portanto, a lei de velocidade para essa reação química pode ser escrita da seguinte forma:
Figura 2: Valores médios de absorvância (Abs), ln Abs e 1/Abs em função do tempo para um corante azul de uso alimentício com ambas as concentrações de hipoclorito de sódio (n = 3), juntamente com suas respectivas regressões lineares.
Conclusões e Perspectivas
ABSOR.B™ foi utilizado com sucesso para medir as variações de absorvância ao longo do tempo a 635 nm durante a reação entre um corante azul de grau alimentício e alvejante em solução. A lei de velocidade dessa reação química foi calculada a partir da cinética de absorvância.
De modo geral, o instrumento ABSOR.B™ facilita:
- Coleta de medições contínuas de absorvância em seu aplicativo para tablet, para facilitar a análise da cinética das reações químicas.
- Personalização da plataforma de testes em termos do comprimento de onda necessário para a aplicação (com os diferentes cartuchos ópticos de emissão de luz), suportes de amostras mais adequados ao experimento (entre frascos, cubetas e microtubos) e capacidade de teste por meio do controle de múltiplos unidades ABSOR.B™ a partir de um único tablet sem fio.
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REFERÊNCIAS
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