(UFMG) Quando se misturam vitamina \mathrm{C}\left(\mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{8} \mathrm{O}_{6}\right), vinagre, xarope de iodeto de potássio, água oxigenada e amido, ocorrem duas reações químicas, com diferentes velocidades relativas, conforme representado, simplificadamente, nestas equações:

Equação I

2 \mathrm{I}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq}) \longrightarrow \mathrm{I}_{2}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\ell) \quad (mais lenta)

Equação II

\mathrm{I}_{2}(\mathrm{aq})+\mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{8} \mathrm{O}_{6}(\mathrm{aq}) \longrightarrow 2 \mathrm{I}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{6} \mathrm{O}_{6}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq}) \quad (mais rápida)
a) Indique o agente redutor nas reações representadas pelas equações I e II.
b) Inicialmente, a cor dessa mistura é rosa. Em um sistema que só contivesse os reagentes da equação I e amido, apareceria, imediatamente, uma cor azul, devido a uma reação entre o amido e o \mathrm{I}_{2} (aq). Entretanto, com a ocorrência simultânea da reação II, a cor azul só aparece depois de transcorrido um certo tempo. Considerando as equações I e II, justifique por que a cor azul só aparece após um determinado tempo.
c) Indique se o tempo necessário para a mudança de cor, de rosa para azul, será menor, igual ou maior se for diminuída a quantidade de vitamina \mathrm{C}\left(\mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{8} \mathrm{O}_{6}\right).

Passo 1

O enunciado pede três coisas:
a) identificar o agente redutor em cada uma das equações I e II;
b) explicar por que, apesar de em um sistema contendo só os reagentes da equação I mais amido a cor azul apareceria imediatamente, quando as equações I e II ocorrem simultaneamente a cor azul só aparece depois de algum tempo;
c) dizer se o tempo necessário para a mudança de cor (de rosa para azul) será menor, igual ou maior se diminuirmos a quantidade de vitamina C \left(\mathrm{C}_{6}\mathrm{H}_{8}\mathrm{O}_{6}\right).
Informações relevantes dadas no enunciado:
  • Equação I (mais lenta):
2\,\mathrm{I}^-(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2}(\mathrm{aq})+2\,\mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq})\longrightarrow \mathrm{I}_{2}(\mathrm{aq})+2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}(\ell)
  • Equação II (mais rápida):
\mathrm{I}_{2}(\mathrm{aq})+\mathrm{C}_{6}\mathrm{H}_{8}\mathrm{O}_{6}(\mathrm{aq})\longrightarrow 2\,\mathrm{I}^-(\mathrm{aq})+\mathrm{C}_{6}\mathrm{H}_{6}\mathrm{O}_{6}(\mathrm{aq})+2\,\mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq})
  • Amido forma um complexo de cor azul com \mathrm{I}_2 (isso vem do enunciado).
  • A mistura inicial (com todos os componentes listados) apresenta cor rosa (dado do enunciado).
  • A equação I é a etapa lenta (produção de \mathrm{I}_2); a equação II é rápida (consome \mathrm{I}_2).

Passo 2

Conceito básico (didático e direto): em uma reação de oxirredução, o agente redutor é a espécie que doa elétrons (ou seja, que é oxidada). Para identificar, uma boa técnica é olhar os estados de oxidação (ou escrever semi-reações de oxidação e redução).
Aplicando isso à Equação I:
  • Olhe o iodo: em \mathrm{I}^- o estado de oxidação do iodo é -1. Em \mathrm{I}_2 o estado de oxidação do iodo é 0. Então o iodo passa de -1 para 0: perde elétrons → é oxidado.
  • A meia-reação de oxidação é
2\,\mathrm{I}^- \longrightarrow \mathrm{I}_2 + 2\,e^-.
  • A meia-reação de redução (da outra parte) é
\mathrm{H}_2\mathrm{O}_2 + 2\,\mathrm{H}^+ + 2\,e^- \longrightarrow 2\,\mathrm{H}_2\mathrm{O},
pois no peróxido ( \mathrm{H}_2\mathrm{O}_2) o oxigênio tem estado de oxidação -1, que passa para -2 em \mathrm{H}_2\mathrm{O} (ganho de elétrons).
  • Conclusão: a espécie que doa elétrons na Equação I é \mathrm{I}^-; portanto o agente redutor da Equação I é \mathrm{I}^-.

Passo 3

Aplicando a mesma ideia à Equação II:
  • Olhe o iodo: em \mathrm{I}_2 o estado é 0; em \mathrm{I}^- é -1. Então \mathrm{I}_2 passa de 0 para -1: ganha elétrons → é reduzido.
  • A meia-reação de redução é
\mathrm{I}_2 + 2\,e^- \longrightarrow 2\,\mathrm{I}^-.
  • A outra meia-reação (a parte oxidada) é a da vitamina C sendo oxidada em um produto representado por \mathrm{C}_6\mathrm{H}_6\mathrm{O}_6 e liberando 2\,\mathrm{H}^+ e 2\,e^-. Esquematicamente:
\mathrm{C}_6\mathrm{H}_8\mathrm{O}_6 \longrightarrow \mathrm{C}_6\mathrm{H}_6\mathrm{O}_6 + 2\,\mathrm{H}^+ + 2\,e^-.
  • Conclusão: a espécie que doa elétrons na Equação II é a vitamina C \left(\mathrm{C}_6\mathrm{H}_8\mathrm{O}_6\right); portanto o agente redutor da Equação II é \mathrm{C}_6\mathrm{H}_8\mathrm{O}_6.

Passo 4

Agora a parte cinética/qualitativa: por que a cor azul só aparece depois de um tempo?
  • A Equação I é a fonte de \mathrm{I}_2 (produz \mathrm{I}_2), mas foi explicitado que ela é mais lenta. A Equação II consome \mathrm{I}_2 rapidamente porque é mais rápida e converte \mathrm{I}_2 de volta em \mathrm{I}^- usando vitamina C.
  • Enquanto houver vitamina C disponível, toda quantidade de \mathrm{I}_2 que a Equação I for produzindo é prontamente consumida pela Equação II; portanto a concentração de \mathrm{I}_2 permanece muito baixa e não há \mathrm{I}_2 livre suficiente para formar com o amido o complexo azul.
  • Só quando a vitamina C for consumida (isto é, quando a quantidade total de \mathrm{C}_6\mathrm{H}_8\mathrm{O}_6 presente tiver sido reduzida) a Equação II não conseguirá mais “remover” o \mathrm{I}_2 que a Equação I continua a produzir. A partir desse momento o \mathrm{I}_2 acumula na solução e então reage com o amido, formando o complexo azul visível.
  • Em linguagem de “prova”: a etapa limitante é a geração lenta de \mathrm{I}_2 (Equação I); porém enquanto existir o redutor rápido (vitamina C) a espécie colorida ( \mathrm{I}_2) é imediatamente reduzida de volta. Resultado: atraso temporal até que o redutor se esgote — daí o aparecimento tardio da cor azul.

Passo 5

Pequena nota sobre a cor rosa inicial (relacionando ao enunciado): o enunciado afirma que a mistura inicial é rosa. Não precisamos saber exatamente qual espécie dá o rosa para justificar o fenômeno pedido. O ponto importante é: a formação do complexo azul com amido exige presença de \mathrm{I}_2 livre em quantidade suficiente; essa presença é impedida enquanto a vitamina C estiver disponível para reduzir \mathrm{I}_2.

Passo 6

Efeito de diminuir a quantidade de vitamina C:
  • A Equação II consome vitamina C estequiometricamente para reduzir \mathrm{I}_2 (uma mole de \mathrm{C}_6\mathrm{H}_8\mathrm{O}_6 remove aproximadamente uma mole de \mathrm{I}_2 na estequiometria mostrada). Se diminuir a quantidade inicial de vitamina C, haverá menos “capacidade” de consumir \mathrm{I}_2 produzido pela Equação I.
  • Consequentemente, a vitamina C será esgotada mais rapidamente e o \mathrm{I}_2 começará a acumular mais cedo. Logo, o tempo necessário para que apareça a cor azul (tempo de atraso) será menor.
  • Se quisermos dizer em termos qualitativos: tempo de mudança de cor diminui quando diminuímos a quantidade de vitamina C.

Resposta

a) Equação I: agente redutor é \mathrm{I}^-.
Equação II: agente redutor é \mathrm{C}_6\mathrm{H}_8\mathrm{O}_6 (vitamina C).
b) Porque a Equação II é rápida e reduz imediatamente o \mathrm{I}_2 formado pela Equação I de volta a \mathrm{I}^- enquanto ainda houver vitamina C; assim não se acumula \mathrm{I}_2 suficiente para formar com o amido o complexo azul até que a vitamina C seja consumida — daí o aparecimento da cor azul só após um certo tempo.
c) O tempo será menor (diminui) se for diminuída a quantidade de vitamina C.

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