A
cinética química é a parte da química que estuda as velocidades das reações
onde, com o aumento da temperatura se aumenta a velocidade.
Existem fatores que influenciam na velocidade como “temperatura”, “superfície”
e “concentração de reagentes”.
Velocidade de uma reação
A velocidade de uma reação é a variação da concentração dos
reagentes pela variação de uma unidade de tempo. As velocidades das reações
químicas geralmente são expressas em Mol/L por segundo.
A velocidade média de formação de um produto de uma reação é
dado por:
Vm =
variação da concentração do produto / variação do tempo
A velocidade da reação decresce com o tempo. A velocidade de
formação do produto é igual a velocidade de consumo do reagente.:
Velocidade da reação = variação da concentração dos reagentes / variação
do tempo
A
velocidade das reações química pode ocorrer em escalas de tempo muito amplas.
Por exemplo, uma explosão pode ocorrer em menos de um segundo, a cocção de um
alimento pode levar minutos ou horas, acorrosão pode levar anos, e a erosão de uma
rocha pode ocorrer em milhares ou milhões de anos.
Fatores que influenciam na velocidade da reação:
Superfície de contato: Quanto maior a superfície de contato, maior será a velocidade
da reação.
Temperatura: Quanto maior a temperatura, maior será a velocidade da reação.
Concentração dos reagentes: Aumentando a concentração dos reagentes, aumentará a velocidade da reação.
Temperatura: Quanto maior a temperatura, maior será a velocidade da reação.
Concentração dos reagentes: Aumentando a concentração dos reagentes, aumentará a velocidade da reação.
Numa
reação química, a etapa mais lenta é a que determina sua velocidade. Observe o
exemplo a seguir:
O peróxido
de hidrogênio reagindo
com íons iodeto, formando água e oxigênio gasoso.
I – H2O2 + I– ⇒
H2O + IO– (Lenta)
II – H2O2 + IO– ⇒ H2O + O2 + I– (Rápida)
Equação simplificada: 2 H2O2 ⇒ 2 H2O + O2.
A equação simplificada corresponde a soma das equações I e II.
Como a etapa I é a etapa lenta, para aumentar a velocidade da reação, deve-se
atuar nela. Tanto para aumentar ou diminuir a velocidade da reação, a etapa II
(rápida) não vai influir; sendo a etapa I a mais importante.
A lei de Guldberg-Waage:
Considere a seguinte reação: a A + b B ⇒ c C + d D
Segundo
a lei de Guldberg-Waage; V = k [A]a [B]b.
Onde:
V = velocidade da
reação;
[ ] = concentração da substância em mol / L;
k = constante da
velocidade específica para cada temperatura.
A ordem de uma reação é a soma dos expoentes das concentrações
da equação da velocidade. Utilizando a equação anterior, calculamos a ordem de
tal reação pela soma de (a + b).
Teoria da colisão
Pela teoria
da colisão, para haver reação é necessário que:
1. as moléculas dos
reagentes colidam entre si;
2· a colisão ocorra com geometria
favorável à formação do complexo ativado;
3· a energia das moléculas
que colidem entre si seja igual ou superior à energia de ativação.
Colisão efetiva ou eficaz é aquela que resulta em reação, isto
é, que está de acordo com as duas últimas condições da teoria da colisão. O
número de colisões efetivas ou eficazes é muito pequeno comparado ao número
total de colisões que ocorrem entre as moléculas dos reagentes.
Quanto menor for a energia de ativação de uma reação, maior será
sua velocidade.
Uma elevação da temperatura aumenta a velocidade de uma reação
porque aumenta o número de moléculas dos reagentes com energia superior à de
ativação.
Regra de van’t Hoff – Uma elevação de 10°C duplica a velocidade de uma
reação.
Esta é uma regra aproximada e muito limitada.
O aumento da concentração dos reagentes aumenta a velocidade da
reação.
Energia de ativação (Ea):
É a energia mínima necessária para que os reagentes possam se
transformar em produtos. Quanto maior a energia de ativação, menor será a
velocidade da reação.
Ao
atingir a energia
de ativação, é formado o complexo ativado. O complexo ativado possui entalpia maior que a dos reagentes e dos
produtos, sendo bastante instável; com isso, o complexo é desfeito e dá origem
aos produtos da reação. Observe o gráfico:
Catalisador:
O catalisador é uma substância que aumenta a velocidade da
reação, sem ser consumida durante tal processo.
A principal função do catalisador é diminuir a energia de
ativação, facilitando a transformação de reagentes em produtos. Observe o
gráfico que demonstra uma reação com e sem catalisador:
Inibidor: é uma substância que retarda a velocidade da
reação.
Veneno: é uma substância que anula o efeito de um
catalisador.
A ação do catalisador é abaixar a energia de ativação,
possibilitando um novo caminho para a reação. O abaixamento da energia de
ativação é que determina o aumento da velocidade da reação.
· Catálise homogênea –
Catalisador e reagentes constituem uma só fase.
· Catálise heterogênea –
Catalisador e reagentes constituem duas ou mais fases (sistema polifásico ou
mistura heterogênea).
Enzima
Enzima é uma proteína que atua como catalisador em reações
biológicas. Caracteriza-se pela sua ação específica e pela sua grande atividade
catalítica. Apresenta uma temperatura ótima, geralmente ao redor de 37°C, na
qual tem o máximo de atividade catalítica.
Promotor de reação ou ativador de catalisador é uma substância
que ativa o catalisador, mais isoladamente não tem ação catalítica na reação.
Veneno de catalisador ou inibidor é uma substância que diminui e
até destrói a ação do catalisador, sem tomar parte na reação.
Autocatálise
Autocatálise – Quando um dos produtos da reação atua como
catalisador. No início, a reação é lenta e, à medida que o catalisador
(produto) vai se formando, sua velocidade vai aumentando.
Conclusão
Na cinética química estuda-se a velocidade das reações químicas.
As velocidades das reações químicas são expressas por M/s
“molaridade por segundo”.
Quanto maior for a temperatura, maior será a velocidade,
existindo fatores que influenciam nessa velocidade, como “superfície”,
“temperatura” e “concentração dos reagentes”, onde, quanto maior for a
superfície de contato maior será a velocidade de reação, quanto maior a
temperatura maior será a velocidade de reação, quanto maior for a
concentração dos reagentes maior será a velocidade de reação.
“lei de Guldberg-Waage” lei onde a ordem de uma reação é a
soma dos expoentes das concentrações da equação da velocidade
Existe uma energia mínima para que os reagentes se transformem
em produto, essa “energia mínima” da se o nome de “energia de ativação”,
quanto maior for a energia de ativação, menor será a velocidade da reação.
Para diminuir essa “energia de ativação” pode-se usar um
catalisador que facilita a transformação de reagentes em produtos.
Autoria: Eduardo Faia Miranda
Para saber mais: http://www.soq.com.br/conteudos/em/cineticaquimica/
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