Cinética Química

CINÉTICA QUÍMICA

É a parte da Química que faz o estudo da velocidade das reações, e os fatores que a influenciam.

Velocidade de uma reação química: é a relação entre a quantidade consumida ou produzida e o intervalo de tempo gasto para que isso ocorra.

Para a reação genérica  A + B à C + D.  

Podemos calcular a velocidade de desaparecimento de qualquer reagente (A ou B) ou então a velocidade de aparecimento de qualquer produto (C ou D).

A curva decrescente indica que o reagente A é consumido com o passar do tempo.

A curva crescente indica que o produto C é produzido com o passar do tempo.

Condições para que uma reação ocorra

·         Afinidade química e contato entre os reagentes.

·         As substâncias colocadas para reagir devem possuir tendência para entrar em reação.

·         As interações químicas são devidas às colisões entre as partículas dos reagentes.

·         Deve haver choque entre partículas ativadas energeticamente e ocorrer uma boa orientação na colisão.

·         Dessa forma podemos explicar quando uma reação, termodinamicamente possível, é lenta ou rápida, ou seja, comparar as suas velocidades.

Teoria das colisões

Os átomos das moléculas dos reagentes estão sempre em movimento gerando muitas colisões (choques). Parte destas colisões aumentam a velocidade da reação química . 

Quanto mais choques com energia e geometria adequada houver, maior a velocidade da reação.  

Exemplo.

Energia de ativação (E_a ) : é o valor mínimo de energia que as moléculas dos reagentes devem possuir para que uma colisão entre elas seja eficaz. Quanto maior for a energia de ativação, mais lenta será a reação.

Complexo Ativado: é o estado intermediário (estado de transição) formado entre reagentes e produtos, em cuja estrutura existe  ligações enfraquecidas (presentes nos reagentes) e formação de novas ligações (presentes nos produtos). 

Análise gráfica da energia de ativação

Fatores que podem afetar a velocidade de uma reação química

§ Pressão: somente nos reagentes gasosos.

     Se aumentarmos a pressão (diminuindo o volume, por exemplo), aumentamos o número de colisões e, portanto, a velocidade.

 § Concentração dos reagentes: Geralmente quanto mais concentrado    mais rápido é a velocidade. 

§ Temperatura: Normalmente a velocidade das reações aumenta com o  aumento da temperatura.

Regra de van't Hoff - Uma elevação de 10°C duplica ou triplica  a velocidade de uma reação.

Aumentar a temperatura significa aumentar a energia cinética das moléculas, ou seja, aumentar a velocidade das moléculas.

§ Estado físico dos reagentes. Normalmente a velocidade segue esta ordem:

      gases >soluções > líquidos puros > sólidos.

§ Superfície de contato - Quanto maior for o grau de dispersão de um sólido, maior será a sua superfície e maior será a velocidade da reação na qual é reagente.

 § Presença (concentração e forma física) de um catalisador:

Catalisador: espécie química que acelera a velocidade de uma reação química. Os catalisadores atuam reduzindo a energia de ativação, e por conseqüência, aumentando a velocidade.

Inibidor: espécie química que, juntamente com as moléculas reagentes, faz com que estas reajam a uma velocidade menor.

São utilizados como conservantes de alimentos, pois eles retardam a reação de decomposição.

Ativador ou promotor: espécie química que, juntamente com o catalisador e as moléculas reagentes, faz com que estas reajam a uma velocidade ainda maior do que se estivessem apenas com o catalisador.

Veneno: espécie química que, juntamente com o catalisador e as moléculas reagentes, faz com que estas reajam a uma velocidade menor do que se estivessem apenas com o catalisador.

 § Luz. A presença de luz de certo comprimento de onda também pode   acelerar certas reações químicas.

LEI DE AÇÃO DAS MASSAS

"A velocidade de uma reação, em dado instante e a cada temperatura, é proporcional ao produto das concentrações em quantidade de matéria dos reagentes, elevadas a potências iguais aos respectivos coeficientes na equação química balanceada".

EXEMPLO:

Constante da velocidade é denominada de k. É uma constante de proporcionalidade que relaciona velocidade e concentração. Tem valor constante a uma temperatura e varia com a temperatura. 

Reação elementar é aquela que ocorre numa única etapa.

Neste caso, para aA + bB + ... ® produtos, temos:

v = k [A]^a [B]^b...

Mecanismo de reação: é o conjunto das etapas em que ocorre a reação. A etapa lenta é a que determina a velocidade da reação. O mecanismo de uma reação é proposto com base no estudo de sua velocidade. 

Ordem de  uma reação: é o número de moléculas que se chocam em cada etapa da reação e é dada pela soma dos coeficientes estequiométricos dos reagentes: