13.2 : Medição das Velociades de Reação

A polarimetria encontra aplicação em cinética química para medir a concentração e a cinética de reação de substâncias opticamente ativas durante uma reação química. As substâncias opticamente ativas têm a capacidade de rodar o plano de polarização da luz polarizada linear que passa por elas—uma característica chamada rotação óptica. A atividade óptica é atribuída à estrutura molecular das substâncias. A luz monocromática normal não é polarizada e possui oscilações do campo elétrico em todos os planos possíveis perpendiculares à direção da sua propagação. Quando uma luz não polarizada passa através de um polarizador, surge uma luz polarizada linearmente que mantém as oscilações em um único plano.

Um instrumento de polarímetro determina o sentido de polarização da luz ou a rotação produzida por uma substância opticamente ativa. Em um polarímetro, a luz polarizada no plano é introduzida em um tubo que contém a solução de reação e a reação pode ser seguida sem perturbar o sistema. Se a amostra contiver substâncias opticamente inativas, não haverá qualquer alteração na orientação do plano da luz polarizada. A luz será visível à mesma intensidade no ecrã do analisador, e a leitura do ângulo de rotação (ɑ) será de zero graus.

No entanto, a presença de compostos opticamente ativos na amostra a reagir provoca a rotação do plano da luz polarizada que passa. A luz que sai será menos brilhante. O eixo do dispositivo analisador terá de ser rodado no sentido dos ponteiros do relógio (dextrógiro) ou no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio (levógiro) para observar o brilho máximo. A direção em que o analisador tem de ser rodado depende da natureza do composto presente. A rotação óptica medida é proporcional à concentração das substâncias opticamente ativas presentes na amostra. Ao analisar o ângulo das medições de rotação em diferentes pontos temporais, as concentrações dos compostos opticamente ativos podem ser determinadas em função do tempo.

Espectrometria

Técnicas experimentais ópticas como a espectrometria também são frequentemente utilizadas para monitorizar reações químicas e garantir informações quantitativas sobre a cinética de reação. Utilizando a espectrometria, a luz de um comprimento de onda específico é feita passar através de uma amostra a reagir. As moléculas ou compostos (um reagente ou produto) dentro da amostra podem absorver alguma luz enquanto transmitem a quantidade restante, que é medida por um detector. A quantidade de luz absorvida depende da concentração do composto ou molécula de interesse. Por exemplo, quanto maior for a concentração de um composto, maior será a sua absorvância. A partir da absorvância, o instrumento será capaz de determinar a concentração do composto de interesse. Em uma amostra a reagir, a absorvância medida a intervalos periódicos calcula as concentrações do reagente ou do produto em função do tempo.

Medições de Pressão

Para reações que envolvam substâncias em fase gasosa, a cinética de reação é seguida pela quantificação das alterações no número de moles de gases em função das alterações de pressão. Os parâmetros experimentais de uma reação em fase gasosa podem ser ligados a um manómetro que possa medir a pressão de um reagente ou produto gasoso. À medida que a reação progride, a pressão dos reagentes diminui, e(ou) a pressão dos produtos aumenta. Isto pode ser medido pelo manómetro em função do tempo. Ao empregar a lei de gás ideal—a concentração de um gás é proporcional à sua pressão parcial—a velocidade de uma reação química pode ser calculada.