Decomposio cataltica do perxido de hidrognio: produo de espuma

Quando se adiciona detergente e iodeto de potssio a uma proveta que contm perxido de hidrognio, forma-se uma enorme quantidade de espuma que faz transbordar a proveta.

Isto acontece porque:

A reaco de decomposio de perxido de oxignio, catalisada rapidamente, tem como consequncia a produo de oxignio gasoso, o qual, em conjunto com o detergente lquido, forma espuma:

2H2O2(aq)

H2O(l) + O2(g)

A decomposio do perxido de hodrognio em presena do io iodeto d-se em 2 passos:1. 2.

H202(aq) + I-(aq) H2O (l) + IO- (aq)

H2O (l) + IO- (aq)H2O (l) + O2(g) + I-(aq)

Material: Caixa de petri;

culos de proteco; Gobel; Luvas descartveis.

Reagentes: Perxido de hidrognio 30%;

Detergente da loua; Iodeto de potssio (slido); Corante alimentar.

Procedimento: Coloca-se um gobel dentro de uma caixa de petri; Despejam-se 50ml de perxido de hidrognio a 30% para dentro do gobel;

Deita-se um pouco de detergente e de corante alimentar;

Junta-se cerca de 1/4 duma colher (1 - 2g) de KI (iodeto de potssio) slido.

Discusso: Os catalisadores enfraquecem as ligaes, aceleram uma reaco ou formo peas intermdias que depois desaparecem. Positivas Inibidoras Aceleram a reaco Retardam a reaco

Ao adicionar KI ao perxido de hidrognio, existe a formao de bolhas de oxignio, tal como podemos observar na reaco 2, a cima indicada. A cor castanha existente na espuma indicao de que est presente iodo na reaco.

DECOMPOSIO CATALTICA DO PERXIDO DE HIDROGNIOQFL - 411 OBJETIVO Estudo comparativo da decomposio do perxido de hidrognio pelo uso de catalisador. TEORIA A velocidade de uma reao qumica depende de numerosos fatores como, por exemplo, das concentraes dos reagentes, da temperatura, de catalisadores e etc. Um catalisador pode aumentar notavelmente a velocidade do processo, especialmente na presena de aceleradores e promotores. O perxido de hidrognio se decompem segundo a equao: 2H2O2 2H2+ 2 A velocidade grandemente acelerada por vrios catalisadores, por exemplo, dixido de mangans, nitrato frrico, ou pela ao combinada de um catalisador e um promotor de catalisador (nitrato frrico + nitrato cprico). A luz, o pH e as prprias paredes de vidro podem afetar a velocidade da decomposio da gua oxigenada. O objetivo desta experincia verificar qualitativa e quantitativamente a velocidade de decomposio da gua oxigenada na presena de diferentes catalisadores. A experincia constar de quatro partes:

Primeira Parte - Verificao da decomposio da gua oxigenada, contida em uma soluo aquosa, na ausncia de catalisadores ou promotores de catalisador. Nesta experincia voc poder observar se a ao da luz e das paredes do recipiente eficiente para decompor a gua oxigenada no intervalo de tempo da experincia (cerca de trs horas). Segunda Parte - Verificao da decomposio da gua oxigenada em soluo aquosa contendo nitrato frrico (catalisador). Terceira Parte - Verificao da decomposio da gua oxigenada em meio aquoso contendo nitrato frrico e nitrato cprico (catalisador + promotor). Quarta Parte - Verificao da decomposio da gua oxigenada em soluo aquosa contendo nitrato cprico (promotor). O curso da reao, para cada caso, ser seguido pela titulao de alquotas das respectivas misturas com soluo padronizada de permanganato de potssio para vrios intervalos de tempo. A decomposio da gua oxigenada sob as condies da experincia, de primeira ordem e obedece a equao diferencial: a representa a concentrao inicial de H2O2, x a concentrao que reagiu no instante t k a constante de velocidade da reao. Podemos admitir (a-x) = y e escrever a equao na forma: onde:

onde y representa a concentrao de H2O2 ainda presente na soluo no instante t. Integrando a equao (II) desde t = O (quando y = a) a t = t, tem-se:

Pelo grfico de log y em funo de t calculado o k da reao. APARELHAGEM: 6 erlenmyers de 100 ml 4 erlenmeyers de 125 ml bureta REAGENTES: Solues: KMnO4 0,1 N; soluo de H2SO4 2 N; de nitrato frrico (0,05 moles de Fe(NO3)3 + 0,4 moles de HNO3 por litro de gua); de nitrato frrico e nitrato cprico (0,05 moles de proveta de 100 ml pipeta de 5 ml

Fe(NO3)3 + 0,005 moles de Cu(NO3)2 + 0,4 moles de HNO3 por litro de gua; soluo 0,6% (2 volumes) de H2O2, recm preparada. PROCEDIMENTO: Primeira Parte - (a)Em um dos erlenmeyers de 125 ml colocar 75 ml de soluo de H2O2 a 2 volumes e 15 ml de gua destilada. (b) Retirar uma alquota de 5 ml e colocar num dos erlenmeyers de 100 ml contendo, previamente 5 ml de H2SO4 2 N. (c ) Anotar o tempo exato em que retirou a primeira alquota. (d) Titular esta alquota com soluo 0,1 N de permanganato de potssio. (e) Retirar novas alquotas a cada meia hora, fazendo um total de cinco titulaes. (f) Aps a primeira titulao comear a segunda parte. Segunda Parte - (a) Em outro erlenmeyers de 125 ml colocar 75 ml de soluo de H2O2 a 2 volumes e 15 ml da soluo de nitrato frrico. (b) Retirar uma alquota de 5 ml e proceder da mesma maneira que na primeira parte. (c ) Aps a primeira titulao comear a terceira parte. Terceira Parte - (a) No outro erlenmeyers de 125 ml colocar 75 ml de soluo de H2O2 a 2 volumes e 15 ml da soluo de nitrato frrico + nitrato cprico. (b) Retirar uma alquota de 5 ml e proceder igualmente s experincias anteriores. Quarta Parte - (a) Em outro erlenmeyers de 125 ml colocar 75 ml de soluo de H2O2 a 2 volumes e 15 ml da soluo de nitrato cprico. (b) Retirar uma alquota de 5 ml e proceder igualmente s experincias anteriores. TRATAMENTO DOS RESULTADOS Construir os grficos de log y em funo de t para as quatro partes da experincia. A partir dos grficos calcular k para cada caso. Comparar e discutir os resultados.

BIBLIOGRAFIA 1. J. Rose, Advanced Physico-Chemical Experiments, Sir Isaac Pitman & Sons Ltd., London, 1964, p. 149-152. 2. Treadwell-Hall, Analytical Chemistry, vol. II, 9a ed., John Wiley & Sons, N.Y., 1961, p. 561-562. 3. V.L. Bohnson & A.C. Robertson, J. Am. Chem. Soc., 1923, 45, p. 2493-2512. 4. M.L. Kremer, J. of Catalysis, 1, 351 (1962). 5. C. Walling and M. Cleary, Int. J. of Chemical Kinetics, vol. IX, 595 (1977). 6. M.L. Kremer and G. Stein, Int. J. of Chemical Kinetics, vol. IX, 179 (1977). 7. Remolo Ciola, Fundamentos da Catlise, Ed. USP, 1981

Procedimento Preparao da soluo de gua oxigenada: Transfira uma alquota de 10 mL (pipeta volumtrica) da gua oxigenada comercial 10 volumes para um balo volumtrico de 100 mL e complete o volume com gua destilada. Homogeneize a soluo. Titulao da soluo de gua oxigenada com KMnO4 0,02 mol L-1 (bureta de 25 mL)

Retire alquota de 10 mL da soluo da gua oxigenada com pipeta volumtrica. Transfira para o erlen e junte 20 mL gua destilada. Junte 8 mL de soluo de H2SO4 1:8 v/v. Proceda a titulao com soluo de KMnO4, usando bureta de 25 mL, at o aparecimento de colorao rsea na soluo do erlen, que persista por mais de 30 segundos, o que indica o final da titulao. Anote o volume da soluo de KMnO4 consumido. Esse volume ser usado no clculo da concentrao. O procedimento deve ser feito pelo menos em duplicata. Calcule a concentrao (em volumes) de H2O2. Clculos Esperado: |V1 - V2| < 0,10 mL Se |V1 - V2| 0,10 mL faa triplicata reao: O2 No Ponto Final: soluo 2 MnO4- + 6 H+ + 5 H2O2 2 Mn2+ + 8 H2O + 10 soluo H2O2 =

H2O2

MnO4-

KMnO4

2 (CV) gua oxigenada = 5 (CV) permanganato

Considere a diluio inicial: C titulao x V total da diluio = CH2O2 no "produto" original x Valquota para diluio Concentrao em volumes: Volume de O2 na CNTP liberado pela decomposio de 1 litro da soluo de H2O2 H2O2 H2O + 1/2 O2

Catalisador a espcie qumica que, juntamente com as molculas reagentes, faz com que estas reajam com uma velocidade maior.

A decomposio do perxido de hidrognio (H2O2) produz gua (H2O) e oxignio(O2). Em determinadas condies, essa reao ocorre com velocidade V. Entretanto, se juntamente com o perxido de hidrognio colocarmos ons ferrosos(Fe2+), a decomposio ocorrer com uma velocidade maior. Nessas condies, dizemos que a espcie qumica Fe2+ catalisador da reao de decomposio do perxido de hidrognio, e essa reao de decomposio na presena do catalisador recebe o nome de catlise. As espcies qumicas que possuem a propriedade de aumentar a velocidade de uma reao sem sofrer modificaes permanentes, tanto na composio qumica como na quantidade, recebem o nome de catalisadores; as reaes em que os catalisadores atuam so chamadas catlises. O interesse pelos catalisadores comeou a existir no incio do sculo passado, atravs de cientistas famosos como Jns Jakob Berzelius e Wilhelm Ostwald.

A AO DO CATALISADOROs qumicos so unnimes em aceitar o fato de que os catalisadores abaixam a energia de ativao da reao. Note que a presena do catalisador diminui a energia de ativao, isto , diminui a montanha de energia que as molculas devem vencer para que ocorra a reao. Assim, mais molculas podem reagir e, em conseqncia, a velocidade da reao aumenta. O mecanismo de ao dos catalisadores bastante complexo e no est ainda perfeitamente esclarecido. Entretanto, podemos dizer que: O catalisador participa ativamente da reao, sendo, no entanto, devolvido intacto no final do processo. Sabemos que o catalisador no sofre alterao permanente na sua composio qumica e na quantidade. Entretanto, pode sofrer alterao quanto a sua natureza fsica.

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA CURSO: ENGENHARIA DE ALIMENTOS DISCIPLINA: FSICO QUMICA I

PROFESSORA: VNIA RASTELLY Velocidade da Reao Feira de Santana-Ba Maro / 2009 UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA CURSO: ENGENHARIA DE ALIMENTOS DISCIPLINA: FSICO QUMICA I PROFESSORA: VNIA RASTELLY Relatrio requerido pela docente Carla Mendes que ministra a disciplina EXA 411 Qumica Orgnica II, do Departamento de Cincias Exatas. Elaborado por: Danilo Freitas, Isabela Carvalho e Thiara Maral que cursam Engenharia de Alimentos nesta universidade. Feira de Santana-Ba Maro / 2009 INTRODUO muito importante saber-se com que velocidade certos processos qumicos ocorrem. O ramo da cincia que trata desta rea importante a cintica qumica (do grego movimento). A cintica qumica tem importncia sob diversos aspectos. De uma parte ela a fonte mais til de informao de como as reaes qumicas ocorrem isto , os mecanismos das reaes qumicas que um dos problemas mais interessantes da qumica moderna. Por outro lado, um conhecimento das velocidades das reaes essencial para o sucesso de muitos processos qumicos industriais; ele permite ao qumico selecionar as condies de uma reao de modo a obter a velocidade tima nas condies mais econmicas. Alm disso, a cintica qumica importante na biologia e na medicina, porque a sade representa um balano entre um grande nmero de reaes que ocorrem em nosso organismo. O desenvolvimento de catalisadores, que so substncias que fazem com que as reaes

ocorram mais rapidamente, um ramo da cintica qumica que crucial para a soluo de problemas importantes, tais como a fome no mundo e o desenvolvimento de novos combustveis. A velocidade de uma reao , geralmente, definida como a velocidade com que os reagentes so transformados nos produtos em qualquer instante selecionado, sob um dado conjunto de condies experimentais. Ou seja, a velocidade de uma reao a velocidade da converso lquida dos reagentes nos produtos. A velocidade de uma reao depende geralmente da(s) concentrao(es) de um ou mais reagentes e, s vezes, de um ou mais produtos. Portanto, no estudo da cintica de uma reao, uma primeira etapa consiste em determinar quais so os reagentes e produtos cujas concentraes influem na velocidade da reao a uma dada temperatura. A etapa seguinte estabelecer como a velocidade da reao depende da concentrao dessas espcies envolvidas isto , a assim dependncia velocidade /concentrao. A expresso algbrica que relaciona a concentrao e a velocidade denominada lei de velocidade de reao. importante entender que a lei de velocidade no pode ser determinada a partir da equao simplificada da reao, mas deve ser obtida a partir de medidas experimentais de velocidade de reao. Considere, por exemplo, a seguinte reao hipottica e homognea: aA + bB cC + dD. A lei de velocidade dessa reao : v = k[A]m[B]p onde k a constante de velocidade da reao, que tpica de cada reao e varia com a temperatura. Os expoentes m e p so determinados experimentalmente e no so necessariamente iguais aos coeficientes estequiomtricos da reao. Aps a determinao da dependncia velocidade/ concentrao de uma reao sob um dado conjunto de condies experimentais, a prxima etapa determinar como a velocidade da reao influenciada pelas mudanas nas condies experimentais, como a temperatura, a presso, o tamanho de partcula dos reagentes slidos e a presena de catalisador.

A relao entre temperatura e velocidade das reaes qumicas afeta muita situaes do cotidiano. O aumento da temperatura tende a elevar a velocidade de uma reao, porque quanto maior for a temperatura maior ser a proporo de molculas que tero energia suficiente para reagir. Aumentando-se a concentrao dos reagentes aumentam-se os nmeros de colises das molculas, e conseqentemente, aumenta a velocidade da reao. Portanto, a velocidade diretamente proporcional a concentrao dos reagentes. Quanto maior a superfcie de contato, maior o nmero de choques efetivos entre as partculas dos reagentes e, portanto, maior ser a velocidade da reao. Catalisadores so substncias que aceleram uma reao, mas no sofre, no processo, modificao da sua natureza qumica. A sua funo diminuir a energia de ativao da reao. OBJETIVO Estudar os fatores que influem na velocidade de uma reao. PARTE EXPERIMENTAL Materiais e reagentes:

cido Oxlico (H2C2O4) 0,5 M; Batata; Bquer de 100mL; Cronmetro; Esptula; Fgado; Limalha de ferro; xido de mangans (MnO2); Permanganato de Potssio (KMnO4) 0,04M;

Permanganato de Potssio (KMnO4) 0,004M; Permanganato de Potssio (KMnO4) 0,0004M; Perxido de hidrognio (H2O2); Pregos; Soluo 2M de HCl; Termmetro; Tubos de ensaio.

Procedimentos Parte I Procedeu da seguinte forma, inicialmente colocou um prego de ferro num tubo de ensaio, aps adicionou uma soluo de acido clordrico 20%.Procedendo da mesma forma com a limalha de ferro, que em seguida foi observado o que aconteceu. Parte II Colocou-se no tubo de ensaio gua oxigenada e adicionou alguns cristais de MnO2. Com isso observou a reao de decomposio da gua oxigenada. Parte II-b Pegou-se quatro bqueres, enumerando-os de 1 a 4. No primeiro colocou-se um pedao de batata crua e perxido de hidrognio, no segundo adicionou um pedao de fgado cru e perxido de hidrognio. No terceiro e quarto colocou-se, respectivamente, pedaos de batata cozida e pedaos de fgado cozido e adicionou perxido de hidrognio e observou os resultados nas 4 amostras. Parte III Adicionou em um erlenmeyer 10 mL de cido clordrico (HCl) 2M e 6 mL de cido oxlico 0,5M, deixou a mistura em repouso marcando o tempo de descoramento, repita o procedimento usando agora uma

soluo de KMNO4 a 0,004M e outra usando uma soluo de KMNO4 0,0004M. Observando o tempo de descoramento para cada soluo. Parte IV Inicialmente procedeu-se da seguinte forma, encheu-se um bquer com gua gelada, a qual foi aferida a temperatura, adicionou-se nesta um comprimido efervescente, anotando o tempo de dissoluo completa. Procedeu da mesma maneira usando gua temperatura ambiente e gua quente. Observando e anotando o tempo de dissoluo de cada caso. RESULTADOS Parte I Influncia da superfcie de contato Quando adicionou a soluo de cido clordrico 20 % no tubo de ensaio contendo um prego de ferro (ferro macio), observou-se que a reao se processou de forma moderada, ou seja, no ocorreu de forma instantnea. Ao contrrio, observou-se que quando se adicionou cido clordrico no tubo de ensaio contendo limalha de ferro (ferro em p), a reao ocorreu com uma maior velocidade quando comparada com o tubo que continha o prego de ferro. Parte II Influncia do catalisador Quando adicionou cristais de xido de magnsio (MnO2) no tubo de ensaio contendo perxido de hidrognio (H2O2), observou-se que a reao se processou de maneira muito veloz, havendo desprendimento de gs. Parte II-b Ao adicionar perxido de hidrognio (H2O2) nos bqueres contendo a batata crua e o fgado cru, percebeu-se que a reao ocorreu com uma alta velocidade. Quando se adicionou o perxido de hidrognio nos bqueres nos quais continham a batata cozida e o fgado cozido, observou-se que a reao ocorreu de maneira sutil, ou seja, mais lenta do que o ocorrido com a batata crua e com o fgado cru.

Quando se comparou as reaes ocorridas nos bqueres do fgado e da batata, verificou-se que a reao processada com o fgado foi mais rpida do que a reao com a batata. Parte III Influncia da concentrao Ao adicionar o Permanganato de Potssio nos erlenmeyer, observouse que a descorao se processou mais rapidamente no erlenmeyer que continha o permanganato de potssio de menor concentrao (KMnO4 0,0004 M). Parte IV Influncia da temperatura Ao adicionar o comprimido efervescente nos bqueres contendo gua gelada, gua a temperatura ambiente e gua quente, nas quais se encontravam a temperaturas de 18C, 27C, 50C, respectivamente, verificou-se que a dissoluo completa do comprimido ocorreu de forma mais rpida no bquer que continha gua quente (50C), gastando pouco tempo pra o comprimido se dissolver completamente. No bquer contendo gua a temperatura ambiente (27C), a dissoluo ocorreu com uma velocidade moderada. E no bquer contendo gua gelada (18C), a dissoluo completa do comprimido se processou de forma lenta, gastando um maior tempo pra se dissolver completamente. DISCUSSO Parte I-Influncia da superfcie de contato: O experimento realizado expressa a influncia da superfcie de contato na velocidade da reao. Para ocorrer uma reao qumica necessria que as espcies reagentes colidam entre si numa orientao favorvel e com energia suficiente para romper as ligaes dos reagentes e a formao das ligaes dos produtos. Assim quanto maior for a superfcie de contato entre os reagentes a possibilidade de um maior nmero de choques efetivos ocorrer aumenta, essa maior superfcie de contato aumenta a velocidade da reao. Isso foi comprovado no experimento atravs da visualizao direta da reao, pois imediatamente ao reagirmos limalha de ferro

(ferro em p) com cido clordrico 20% a reao foi instantnea com uma velocidade alta favorecida pela enorme superfcie de contato entre os reagentes. J na reao do prego (ferro macio) com cido clordrico 20% a reao foi bem mais lenta, pois a dificuldade das colises efetivas ocorrerem diminuram consideravelmente pela diminuio da superfcie de contato, diminuindo assim a velocidade da reao. Fe(prego) + HCl(aq) FeCl2(aq) + H2(g) Fe(limalha) + HCl(aq) FeCl2(aq) + H2(g) Parte II (a)- Influncia do catalisador O catalisador uma substncia (no experimento o xido de mangans) que aumenta a velocidade de uma reao, porque ele diminui a quantidade de energia que as molculas necessitam atingir (energia de ativao Ea) para a realizao de choques efetivos, o catalisador atua no mecanismo da reao na etapa lenta, justamente a etapa que determina a velocidade da reao, criando uma nova rota para a reao muito mais favorvel. Na prtica realizada temos uma catlise heterognea, onde o catalisador um xido slido e o reagente um liquido (o perxido de hidrogenio). O catalisador nessa como em qualquer reao permanece inalterado qualitativa e quantitativamente aps a reao se processar no participando da formao dos produtos. A decomposio do perxido de hidrognio sem a presena de um catalisador se efetua espontaneamente, mas a velocidade dessa reao muito baixa, quando comparada essa reao ocorrendo na presena do catalisador (xido de mangans) que oferece uma nova rota para essa reao, pois propicia reao a necessidade de uma menor energia de ativao, ento um maior nmero de molculas vo ter energia suficiente para se colidirem de forma efetiva, consequentemente a velocidade da reao ir aumentar. MnO2 2 H2O2(aq) 2 H2O(aq) + O2(g)

Parte II(b)-Catlise enzimtica No experimento realizado com a batata e o fgado, uma enzima (catalase, um tipo de peroxidase) presente em ambos funciona como

catalisador (numa catalise enzimtica) da reao de decomposio da gua oxigenada. Essa enzima uma protena que atua como catalisador em reaes biolgicas, por conter um stio ativo especfico para o substrato, transformando o reagente em produto, o stio ativo como em qualquer outro catalisador retorna a seu estado original depois que os produtos so formados. A catalase apresenta temperatura tima de atividade ao redor dosa 37C, mas a temperatura ambiente tem um bom funcionamento cataltico. No experimento realizado com a batata sem cozimento prvio a decomposio da gua oxigenada na reao foi a uma velocidade mdia, quando comparamos com a velocidade da decomposio do fgado cru na mesma temperatura ambiente que teve uma velocidade bem mais elevada de decomposio, esse fato deve-se a maior concentrao de catalase no fgado com relao batata. A estabilidade e o funcionamento de uma enzima (protena) decrescem ou ela desativada quando trabalhamos com temperaturas elevadas ( como a 60 graus) tendo sua atividade cataltica das reaes desativada. Na realizao do experimento onde a batata e o fgado foram colocados em um bquer com gua e postos para uma fervura previa, estvamos na verdade desnaturando a catalase, impedindo que elas realizassem o seu poder cataltico.Assim quando colocamos a batata e o fgado em contato com a gua oxigenada para reagir essa reao na ocorreu devido a enzima ter sido desnaturada e onde essa enzima s atua na temperatura ambiente e a temperatura estava em 55 C, O nome do gs constituinte das bolhas o gs oxignio. Parte III Influncia da concentrao O aumento da concentrao dos reagentes promove o aumento do nmero de colises entre as molculas. Isso faz com que a probabilidade de colises efetivas acontecerem para a formao do complexo ativado seja maior. Logo, quanto maior a concentrao dos reagentes, maior ser a velocidade da reao. Porm o experimento realizado no foi coerente com a teoria pois a reao ocorreu mais rapidamente com o Permanganato de Potssio de menor concentrao.

V=d[A]/dt V1 = 0, 04 / 361 V1 = 0, 0001108 Mol / seg. V2 = 0, 004 / 262 V2 = 0, 0000153 Mol / seg. V3 = 0,0004 / 77 V3 = 0, 00000519 Mol / seg. Mdia das velocidades Vm = (V1 + V2 + V3) / 3 Vm = (0, 0001108 + 0, 0000153 + 0, 00000519) / 3 Vm = 0, 00004376 Mol / seg. Parte IV- Influncia da temperatura Um aumento da temperatura do meio onde a reao se processa provoca um aumento na energia cintica das molculas, que consequentemente aumenta a taxa de choques num intervalo de tempo, assim o nmero de choques efetivos aumenta , elevando a velocidade da reao. Experimentos realizados a temperaturas elevadas tendem a ser mais rpidos. Fato que foi comprovado na pratica onde trs pedaos iguais do comprimido efervescente (bicarbonato de sdio e carbonato se sdio) foram postos para reagir em temperaturas distintas. CONCLUSO Sendo assim, com estes experimentos, discutiu-se sobre a importncia da cintica qumica, e disto a necessidade de conhecerem-se os fatores que influem na velocidade de uma reao qumica. E vimos em um dos experimentos que o mesmo no foi condizente com a teoria.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ATKINS, P. W; PAULA, Julio de. Fisico-quimica. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC Ed, c2004. v.3 ATKINS, P.W.(Peter William); JONES, Loretta. Princpios de qumica: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Porto Alegre: Bookman, 2001. RUSSELL, John B. Quimica geral. 2. ed Sao Paulo: MAKRON Books, c1994. 2 v ISBN 8534601925 v.1

UTILIZAO DE CATALISADORES HETEROGNEOS E PERXIDO DE HIDROGNIO NA DESCOLORIZAO DE EFLUENTES TXTEIS Raquel Antunes Hess, Vinicius braganholo carpentieri ltima alterao: 2009-05-23 Resumo

Os corantes azo, txicos para a vida aqutica e cancergenos para os humanos, compem a classe de corantes mais comumente utilizada na indstria txtil e se sabe que partes dessas substncias so lanadas em efluentes industriais no tratados. A preocupao com a contaminao ambiental fez com que estudos sobre mtodos eficazes para a degradao de poluentes orgnicos aumentassem. Perxido de hidrognio um oxidante qumico til para a decomposio de compostos orgnicos e a combinao com luz UV e/ou um catalisador adequado, produz radicais hidroxila capazes de oxidar rpida e no-seletivamente inmeros compostos. A decomposio cataltica de perxido de hidrognio na presena de xidos metlicos (ferro, mangans, cobalto, cobre) tem sido recentemente estudada. A peroxidao cataltica heterognea de compostos orgnicos tem se mostrada mais vantajosa que as reaes homogneas, pelo fato de o catalisador ser facilmente recuperado e reutilizado na reao. Entretanto, a falta de estabilidade do catalisador, alm das restries difusionais inerentes aos processos heterogneos so ainda temas que devem ser avaliados, de modo a ampliar as aplicaes dessa tecnologia para uso em larga escala. O objetivo deste trabalho preparar, caracterizar e avaliar a atividade cataltica de diferentes compsitos de ferro

e/ou mangans, como catalisadores heterogneos para a oxidao avanada do corante txtil vermelho Procion HE7B. O corante vermelho Procion HE7B um azo composto e frequentemente encontra-se em efluentes de indstrias txteis. Foram utilizados compsitos sintetizados em laboratrio contendo xido de ferro (CAT4) e, contendo xidos de mangans calcinados a diferentes temperaturas (CAT5, CAT6, CAT7, CAT8, CAT9). Testes preliminares indicaram que a degradao do corante pelo perxido de hidrognio na ausncia de catalisadores na faixa de pH de 2 a 11 desprezvel. A decomposio cataltica heterognea do corante vermelho Procion HE7B foi estudada na faixa de pH de 2 a 11, utilizando a dosagem de catalisador 2 g/L e concentrao de H2O2 na faixa de 50 a 1000 mg/L. A cintica de descolorizao foi acompanhada num espectrofotmetro UV/vis, no comprimento de onda de mxima absoro do corante(543nm). Os catalisadores contendo xido de mangans (CAT5, CAT6, CAT7, CAT8, CAT9) mostraram-se pouco ativos na degradao do corante, na faixa de pH de 2,5 a 11 e apresentaram lenta cintica de descolorizao. Este resultado devido baixa eficincia da decomposio do perxido de hidrognio na superfcie dos catalisadores de mangans. O CAT4, catalisador slido contendo 7,92% Fe2O3/carvo mineral, dentre os catalisadores avaliados neste trabalho foi o que mostrou maior atividade cataltica na degradao do corante, em pH menor que 4. A cintica de descolorizao foi avaliada utilizando o mtodo das velocidades iniciais e obedeceu a um modelo de pseudoprimeira ordem em relao concentrao do corante. O mecanismo da reao sugerido inclui uma etapa de decomposio cataltica de H2O2 para produzir radicais HO e HO2, que ento so capazes de oxidar as molculas do corante.

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CatalaseOrigem: Wikipdia, a enciclopdia livre. Ir para: navegao, pesquisa Catalase

Catalase

Indicadores Smbolo HUGO Entrez OMIM RefSeq UniProt CAT 1516 847 115500 NM_001752 P04040 Outros dados Nmero EC Locus 1.11.1.6 Cromossoma 11 p13

A catalase (formalmente denominada hidroperoxidase; E.C. 1.11.1.6) uma enzima intracelular, encontrada na maioria dos organismos, que decompe o perxido de hidrognio (H2O2) segundo a reaco qumica:2 H2O2 2 H2O + O2.

Esta enzima encontra-se nos peroxissomas em animais e plantas e tambm nos glioxissomas (apenas em plantas) e no citoplasma de procariontes. Pertence subclasse das enzimas oxidorredutases (E.C. 1) que usam o perxido como aceitador de electres (E.C. 1.11) e tambm como dador electrnico (E.C. 1.11.1). A catalase portanto uma peroxidase.

ndice[esconder]

1 Estrutura 2 Funo 3 Mecanismo da reaco o 3.1 Parmetros cinticos 4 Inibio 5 Aplicaes industriais e comerciais 6 Teste da catalase 7 Ver tambm 8 Ligaes externas 9 Referncias

[editar] EstruturaSo conhecidas diversas estruturas cristalogrficas da catalase, que esto disponveis na Protein Data Bank, a maior base de dados do mundo de estruturas de protenas[1]. O tipo mais comum de catalase um tetrmero de 240 kDa, ou seja, possui quatro cadeias polipeptdicas na sua estrutura quaternria, com cerca de 60 kDa de massa. Cada cadeia polipeptdica liga um grupo hemo, semelhante ao que existe na hemoglobina, possuindo ento cada hemo um io de ferro. este centro metlico que reage com o perxido de hidrognio. Algumas catalases so no-hmicas, possuindo em vez do grupo hemo um centro binuclear de mangans.[2]

[editar] FunoO perxido de hidrognio um produto decorrente do metabolismo celular em organismos expostos ao oxignio atmosfrico. Uma das fontes de perxido de hidrognio a -oxidao de cidos gordos, necessria para a produo de diversos metabolitos essenciais. O perxido de hidrognio est relacionado com diversas patologias ligadas ao stress oxidativo. [3] Sendo txico para as clulas, o perxido tem de ser rapidamente convertido numa espcie qumica que seja incua. A catalase tem o mais alto nmero de turnover (kcat) conhecido em enzimas: uma molcula de catalase pode catalisar a decomposio de at 40 000 000 molculas de perxido de hidrognio por segundo [4], tornando-a numa enzima importante para a desintoxicao desta substncia. Algumas clulas do sistema imunitrio produzem perxido de hidrognio para uso como agente antibacteriano. As bactrias patognicas que possuem catalase so capazes de resistir a este ataque graas presena da enzima, conseguindo sobreviver nas clulas que invadem. A catalase parece estar envolvida no mecanismo de envelhecimento ligado ao stress oxidativo: mutantes de ratinhos expressando uma quantidade superior ao normal de catalase (cerca de 50% a mais) vivem por mais tempo.[5]

[editar] Mecanismo da reaco

A reaco catalisada por esta enzima uma reaco de dismutao, ou seja, o substrato actua tanto como redutor como oxidante. Esta reaco tambm ocorre na ausncia da catalase, mas mais lentamente, devido presena de quantidades vestigiais de metais em soluo (pela chamada reaco de Fenton)[6]. O mecanismo da reaco da catalase hmica, ou seja, os passos que a enzima efectua na decomposio do perxido de hidrognio, no totalmente conhecido. Sabe-se que a reaco qumica ocorre em duas etapas fundamentais:1. H2O2 + Fe(III)-E H2O + O=Fe(IV)-E 1. H2O2 + O=Fe(IV)-E H2O + Fe(III)-E + O2

em que Fe-E representa o tomo de ferro do grupo hemo ligado enzima. Quando o H2O2 entra no centro activo da catalase, interage com dois aminocidos da cadeia polipeptdica da enzima: uma histidina e uma asparagina. Um dos tomos de hidrognio do H2O2 (sob a forma de proto) transferido de um oxignio para o segundo. Como consequncia, a ligao entre os dois tomos de oxignio sofre uma distenso e quebra-se heteroliticamente (ou seja, de uma forma desigual: os electres responsveis pela ligao qumica O-O deslocam-se para a molcula de gua agora formada). O restante tomo de oxignio coordena-se (liga-se) ao ferro (que est no estado de oxidao +3), formando a espcie Fe(IV)=O e libertando uma molcula de gua. A espcie Fe(IV)=O (ferro no estado de oxidao +4 com um tomo de oxignio ligado) muito oxidante e reage com uma segunda molcula de perxido de hidrognio, retirando-lhe um tomo de oxignio. Forma-se assim o O2, que se liberta do ferro, e uma segunda molcula de gua. O io de ferro volta ao estado de oxidao +3. A catalase tambm capaz de catalisar a oxidao de outras molculas como o formaldedo, o cido frmico e alguns lcoois. Neste tipo de reaco, a catalase usa uma molcula de perxido de hidrognio como agente oxidante, segundo a reaco: H2O2 + H2R 2H2O + R em que R a forma oxidada da molcula que sofre a reaco. Este mecanismo reaccional tambm no bem conhecido. Nas catalases de mangans (Mn), o perxido de hidrognio liga-se ao centro binuclear metlico, ocorrendo uma mudana de estados de oxidao entre Mn(II)-Mn(II) e Mn(III)-Mn(III).[2][editar] Parmetros cinticos

Como j referido, a catalase possui o mais alto nmero de turnover, kcat, conhecido em enzimas, 4107 s-1. A maioria das enzimas possui kcat entre 1 s-1 e 1000 s-1.[4] A sua constante de Michaelis-Menten, KM, relativamente alta: 1,1 M. Isto significa que uma enzima relativamente difcil de saturar, ou seja, s atinge a velocidade mxima da reaco a elevadas concentraes de perxido. A constante de especificidade, kcat/KM,

ento aproximadamente 4107 M-1s-1, um valor prximo dos limites de difuso de molculas em solventes (entre 108 e 109 M-1s-1) [7], sendo a catalase ento uma enzima quase cataliticamente perfeita. A aplicao deste tipo de parmetros catalase no muito directa, pois esta enzima s tem comportamento cintico descritvel pela equao de Michaelis-Menten quando o perxido se encontra em baixas concentraes. [2] Ainda assim, sabido que a catalase mais eficiente na captao e desintoxicao celular do H2O2 que outros tipos de peroxidase. [8]

[editar] InibioQuaisquer ons metlicos (em especial cobre(II) e ferro(II)) podem agir como inibidores no competitivos da catalase. Os venenos cianeto e curare so inibidores competitivos da catalase, ou seja, ligam-se fortemente ao centro activo, impedindo a ligao do perxido de hidrognio.

[editar] Aplicaes industriais e comerciaisA catalase usada na indstria txtil para a remoo de perxido de hidrognio de tecidos. Encontra-se tambm em alguns produtos de limpeza de lentes de contacto, agindo como agente antibacteriano. Mais recentemente, a catalase tem sido usada em cosmtica, em mscaras de beleza combinando a enzima e perxido de hidrognio para aumentar a oxigenao celular das camadas superiores da epiderme.

[editar] Teste da catalaseO chamado teste da catalase usado em microbiologia e consiste na deteco de catalase em bactrias, servindo essencialmente para a distino entre estafilococos e estreptococos. Uma gota de perxido de hidrognio a 3%(v/v) depositada numa lmina de microscpio; uma amostra (uma gota de cultura lquida do microorganismo a testar ou uma colnia colhida com uma ansa de inoculao ou um palito) ento esfregada nesta gota. Se aparecem bolhas, o organismo catalase-positivo (possui catalase, caso dos estafilococos), se no catalase-negativo (estreptococos). As bolhas so formadas pelo oxignio molecular libertado na reaco da catalase.

[editar] Ver tambm

Peroxissoma Acatalasia Superxido desproporcional

[editar] Ligaes externasA Wikipdia possui o portal: Portal da Bioqumica

Perguntas frequentes sobre Catalase (em ingls)

Referncias1. http://www.pdb.org 2. a b c P. Chelikani, I. Fita, e P.C. Loewen, "Diversity of structures and properties among catalases", Cellular and Molecular Life Sciences (2004), 61, p.192-208. 3. M. Rojkind, J.-A. Domnguez-Rosales, N. Nieto, P. Greenwel, "Role of hydrogen peroxide and oxidative stress in healing responses", Cellular and Molecular Life Sciences (2002), 59(11), p. 1872-1891 4. a b NELSON, David L., COX, Michael M., Lehninger Principles of Biochemistry, 4 edio, W. H. Freeman, 2005, ISBN 9780716743392 5. Richard G. Cutler, "Oxidative Stress and Aging: Catalase Is a Longevity Determinant Enzyme", Rejuvenation Research (2005), 8(3), p. 138-140 6. B. Halliwell, J. M. C. Gutteridge, Methods in Enzymology (1990), 186, p. 1 7. A. Fersht, Structure and Mechanism in Protein Science, W. H. Freeman and Company, Nova Iorque, p. 166, 1999 8. P.A. Southorn "Free radicals in medicine. I. Chemical nature and biological reactions", Mayo Clin. Proc. (1988), 63, p. 381-389.