Cinética Química
- Maria Sá
- 27 de nov. de 2020
- 5 min de leitura
Introdução à Cinética Química e fatores que influenciam a velocidade de uma reação
Uma reação química é caracterizada pela transformação de uma ou mais substâncias (reagentes) em outras substâncias (produtos), ou seja, ocorre uma mudança na estrutura da matéria. Segue abaixo um exemplo de equação química (representação gráfica) da relação entre os reagentes e os produtos:
Exemplo:
Os reagentes etanol e gás oxigênio reagem para formar os produtos gás carbônico e água
Essas reações químicas podem ocorrer em velocidades diferentes, dependendo de alguns fatores observados/calculados, e, para isso, existe uma parte na química que engloba esses estudos: Cinética Química. Dentro disso, a palavra cinética está relacionada ao movimento ou velocidade das moléculas, e por isso a Cinética Química estuda a velocidade de uma reação química, podendo ser lenta, como a fermentação do suco de uva, ou rápida, como a explosão de uma bomba. Quais fatores podem influenciar nisso? Como aumentar a velocidade de uma reação?
A aplicação dos estudos com a Cinética Química está constantemente presente no nosso dia a dia, por exemplo, quando os alimentos são guardados na geladeira para que não estraguem rápido ou a utilização de uma panela de pressão a fim de cozinhar o alimento de forma mais rápida.
VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO QUÍMICA
- Como ocorrem as reações químicas?
Através de colisões entre as partículas reagentes das reações químicas
* A concentração dos reagentes vai diminuindo com o tempo, e a concentração dos produtos formados vai aumentando. *
- Como calcular a velocidade de uma reação química?
VELOCIDADE MÉDIA (VM) – variação da quantidade dos reagentes ou dos produtos de uma determinada reação em um intervalo de tempo
Obs.: As velocidades médias de consumo ou de formação são diretamente proporcionais aos seus respectivos coeficientes estequiométricos.
Exemplo 1:
(PUC-RS) Numa experiência, a reação de formação de amônia (NH3), a partir do N2 e do H2, está ocorrendo com um consumo de 12 mols de nitrogênio (N2) a cada 120 segundos. Nesse caso, a velocidade de consumo de hidrogênio (H2) é:
a) 6 mols por minuto
b) 12 mols por minuto.
c) 18 mols por minuto.
d) 24 mols por minuto.
e) 36 mols por minuto.
- Como resolver o exemplo 1?
Para calcular a velocidade, utilizaremos a fórmula: variação da concentração/intervalo de tempo.
Primeiramente é necessário montar e balancear a equação correspondente
A proporção dos reagentes indica que o H2 tem o triplo da velocidade do N2, ou seja, para achar a velocidade de consumo do H2 basta multiplicar a velocidade do N2 por 3
*As velocidades médias de consumo ou de formação são diretamente proporcionais aos seus respectivos coeficientes estequiométricos*
TEORIA DAS COLISÕES
Durante uma reação química, os reagentes tendem a se chocar para que resultem em um produto. Dentro disso, apresenta algumas características que dependem da velocidade das reações químicas, como a orientação das moléculas nas colisões (frontal – frente da molécula), a energia das colisões (violento – libera grande quantidade de energia) e também a sua frequência (frequente – várias vezes durante a reação).
FATORES QUE INFLUENCIAM A VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO
Através das colisões efetivas, ou seja, de forma ordenada, há a garantia de aquisição de energia pela molécula em questão, sendo chamada de energia de ativação. A energia de ativação consiste na energia necessária para a formação do que chamamos de complexo ativado, local que é um estado transitório de espera pelos produtos finais de uma reação química.
Quando relacionamos os fatores que influenciam a velocidade de uma reação, não podemos deixar de fora o número de colisões que a efetivam, ou seja, a formação de uma nova substância.
OS FATORES QUE ALTERAM A VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO SÃO:
1 - Concentração dos reagentes
A concentração de partículas reagentes influencia na velocidade, pois quanto maior for essa quantidade, maior a probabilidade de haver colisões e aumentarem a velocidade da reação. De forma resumida, quanto maior a concentração dos reagentes, maior será a velocidade dessa reação e, consequentemente, quanto menor a concentração dos reagentes, menor será essa velocidade.
2 - Pressão (meios gasosos)
Com o aumento da pressão, o espaço entre os reagentes é reduzido (volume), ocorrendo vários choques (colisões efetivas) e o aumento da velocidade da reação.
3 - Temperatura
Com o aumento da temperatura, os reagentes ficam mais agitados, causando várias colisões, consequentemente aumentando a velocidade. Por exemplo, quando desejamos conservar um alimento, ele é colocado é um freezer, ou seja, em uma baixa temperatura, evitando assim os choques e diminuindo a velocidade de reação.
4 - Superfície de contato (amostras sólidas)
Quanto menor for o tamanho de um reagente sólido, maior será a sua superfície de contato e, consequentemente, maior será a sua velocidade de reação química. Um exemplo básico seria a relação entre um comprimido triturado (pó) e um comprimido inteiro, temos que o primeiro fará efeito mais rápido, pois ocupa uma maior superfície de contato.
5 - Efeito do catalisador
O catalisador é uma substância que é adicionada à reação para promover uma aceleração, é muito utilizado em laboratórios para economizar tempo. Um detalhe muito importante é que o catalisador não interage com os reagentes, ou seja, não participa da reação química e é regenerado. A eficiência dele está relacionada à redução da energia mínima necessária para a formação dos produtos (energia de ativação).
- Interpretação do gráfico: quanto menor o tamanho da curva, menor a energia de ativação e maior a velocidade da reação. Além disso, o catalisador não altera as entalpias.
EXERCÍCIOS
1 - Relacione os fenômenos descritos na coluna 1 com os fatores que influenciam na velocidade destes, mencionados na coluna 2 COLUNA 1
(1) Conservação de alimentos no freezer
(2) Efeito mais rápido de um comprimido triturado
(3) Amostra de palha de aço e reagimos com ácido clorídrico concentrado e com ácido clorídrico diluído.
(4) Efervescência da água oxigenada a higiene de ferimentos
COLUNA 2
(A) Superfície de contato
(B) Catalisador
(C) Concentração
(D) Temperatura
Alternativa com a associação correta:
a) 1-D; 2-A; 3-C; 4-B
b) 1-C; 2-D; 3-B; 4-A
c) 1-A; 2-C; 3-B; 4-D
d) 1-D; 2-A; 3-B; 4-C
2 - (UNESP – Adaptada) Sobre catalisadores, são feitas as quatro afirmações seguintes:
I - São substâncias que aumentam a velocidade de uma reação e interagem com os reagentes.
II - Reduzem a energia de ativação da reação.
III - As reações nas quais atuam não ocorreriam nas suas ausências.
IV - Enzimas são catalisadores biológicos.
Dentre estas afirmações, estão corretas, apenas:
a) I e II
b) II, III e IV
c) I e IV
d) II e IV
3 - Indique a afirmação incorreta:
a) Quanto menor for a temperatura, maior será a velocidade de uma reação. b) A velocidade de um reagente no estado sólido é menor que no estado líquido. c) A diferença energética entre os produtos e os reagentes é chamada de entalpia de reação. d) A velocidade de uma reação depende da natureza do reagente.
4 - Assinale a alternativa que apresenta agentes que tendem a aumentar a velocidade de uma reação:
a) calor, obscuridade, catalisador. b) calor, maior superfície de contato entre reagentes, ausência de catalisador. c) calor, maior superfície de contato entre reagentes, catalisador.
d) frio, obscuridade, ausência de catalisador. e) catalisador e congelamento dos reagentes.
RESOLUÇÕES
1- Letra A. Com a diminuição da temperatura, há o poder maior de conservação do alimento pois a velocidade da reação química reduzirá. Um comprimido faz efeito mais rápido quando está triturado porque sua superfície de contato é maior, consequentemente acelerando a rapidez da reação. No caso da reação da amostra de palha de aço e ácido clorídrico concentrado e com ácido clorídrico diluído, temos que quanto maior a concentração dos reagentes maior será a velocidade da reação. A água oxigenada, em contato com a enzima catalase (presente no tecido do ferimento e que funciona como catalisador da reação tendo o objetivo de acelerá-la), sofre decomposição, liberando oxigênio gasoso, que é o responsável pela efervescência.
2- Letra D. I falso, pois os catalisadores aceleram as reações, mas não participam delas. III falso, pois uma reação não depende da presença de catalisadores para ocorrer, ela apenas será mais lenta sem eles.
3- Letra A, pois o correto seria “Quanto maior for a temperatura, maior será a velocidade de uma reação.’’
4- Letra C. Fatores que influenciam na velocidade de uma reação: concentração dos reagentes, pressão, temperatura, utilização de um catalisador, superfície de contato
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
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