Definições básicasCinética química é o ramo da química que estuda a rapidez das reações químicas, bem como os fatores que a influenciam. Show
A rapidez, ou velocidade, de uma reação química indica a variação da quantidade de reagentes e produtos com o passar do tempo. Consideremos uma reação química, já balanceada aX + bY → cZ + dW onde os reagentes X e Y vão sendo consumidos e os produtos Z e W formados. Chamamos de velocidade média de consumo de X a razão: Ou seja, a variação da concentração do reagente X com o tempo. O mesmo vale para o reagente Y. Para os produtos Z e W, definimos: O mesmo valendo para o produto W. Considerando os coeficientes da reação balanceada definimos a velocidade média da reação como: Energia de ativaçãoA energia de ativação é a energia mínima necessária para que a reação possa ocorrer. Ela recebe este nome porque reagentes e produtos passam por uma configuração intermediária que recebe o nome de complexo ativado. Trata-se, portanto, da energia mínima necessária para a formação deste complexo ativado. A energia de ativação é explicada pela teoria da colisão: a reação química é constituída por colisões entre as moléculas dos reagentes. Nem toda colisão, porém, é eficaz, pois é necessário que haja energia suficiente e geometria molecular adequada. A energia de ativação é aquela requerida para que as colisões sejam eficazes, ou seja, resultem no complexo ativado. Fatores que influenciam a velocidade da reação• Concentração: Quanto maior a concentração dos reagentes, maior a velocidade da reação. • Energia de ativação: Quanto maior a energia de ativação, mais lenta será a reação. • Temperatura: Quanto mais elevada a temperatura, mais rápida será a reação. • Pressão: No caso de reações que envolvam reagentes gasosos, quanto maior a pressão, mais rápida a reação. • Superfície de contato: Para o caso de reagentes em diferentes fases, quanto maior a superfície de contato do reagente sólido, mais rápida será a reação. • Catálise: É uma reação na qual existe a presença de uma substância capaz de acelerar a reação - um catalisador -, mas que não toma parte na reação propriamente dita, permanecendo inalterada sua massa e suas propriedades após a reação. Seu efeito baseia-se na redução da energia de ativação. (Da mesma forma, pode ocorrer a presença de um inibidor - substância que inibe a ação do catalisador. Neste caso, obviamente, o efeito do catalisador é anulado, e a velocidade da reação permanece inalterada.) Lei cinética de uma reaçãoÉ a equação que permite calcular a velocidade de uma reação a partir das concentrações de reagentes. De forma genérica: v = k · [X]m · [Y]n onde: k : constante da velocidade da reação, dependente da temperatura. [X] e [Y]: concentração dos reagentes X e Y em mol/L m e n: são expoentes determinados experimentalmente, e que recebem o nome de "ordem da reação". Assim: m: ordem da reação em relação a X n: ordem da reação em relação a Y m + n: ordem total da reação Mecanismos das reaçõesÉ o conjunto de etapas em que ocorre uma reação, sendo a velocidade da reação determinada pela etapa mais lenta. Dá-se o nome de reação elementar àquela que ocorre em apenas uma etapa. Reação não-elementar é aquela que ocorre em duas ou mais etapas. No caso de uma reação elementar, a lei cinética pode ser adaptada para: v = k · [X]x · [Y]y onde x e y é o número de moléculas respectivamente de X e Y que sofrem a colisão que provocará a reação. Para que uma reação química ocorra, é necessário que as moléculas dos reagentes sejam postas em contato através de um choque. Esse choque precisa ser frequente, intenso e bem orientado, de modo a promover uma interação perfeita entre as moléculas. Mas, além dos choques, é preciso que seja fornecida uma quantidade mínima de energia, que seja capaz de iniciar a reação. Essa quantidade de energia recebe o nome de energia de ativação (Ea). No instante que ocorre a colisão eficaz, é formada uma estrutura química chamada de complexo ativado, que corresponde a um estágio intermediário, em que há o enfraquecimento das ligações químicas dos reagentes para que novos produtos sejam formados. Se a energia fornecida aos reagentes for menor que a energia de ativação, o complexo ativado não será formado, e, portanto, a reação química não acontecerá. Para entender melhor a ideia de energia de ativação, podemos representá-la graficamente: O gráfico mostra a energia dos reagentes e dos produtos em função do decurso da reação. Observe que, embora a energia dos reagentes seja maior do que a energia dos produtos (o que justifica a liberação de energia), é preciso haver o fornecimento de uma quantidade de energia para que os reagentes alcancem a energia de ativação e a reação possa, de fato, ocorrer. Diferentes reações químicas têm diferentes energias de ativação, que podem ser fornecidas aos reagentes de diversas formas. Veja alguns exemplos:
Numa reação química, podemos dizer que a energia de ativação funciona como uma espécie de barreira energética, que precisa ser transposta para que a reação aconteça efetivamente. Dessa forma, a energia de ativação determina a velocidade com a qual a reação se processa. Quanto menor for a energia de ativação, menor será a barreira a ser ultrapassada e mais rápida será a reação. Por outro lado, quando a energia de ativação é muito alta, maior é a barreira energética e mais lenta será a transformação química. Existem substâncias que, quando aplicadas às reações químicas, são capazes de criar um caminho alternativo com uma barreira de energia de ativação menor e, como consequência, acelerar o desenvolvimento da reação. Essas substâncias são chamadas de catalisadores. Veja uma comparação no gráfico: As enzimas são exemplos de catalisadores, elas agem nas reações metabólicas dos organismos vivos, encurtando a barreira da energia de ativação e fazendo com que transformações que demorariam um longo tempo para acontecer possam ocorrer em frações de segundos. Referências FELTRE, Ricardo. Química volume 2. São Paulo: Moderna, 2005. MACHADO, Andrea Horta, MORTIMER, Eduardo Fleury. Química volume único. São Paulo: Scipione, 2005. USBERCO, João, SALVADOR, Edgard. Química volume único. São Paulo: Saraiva, 2002. Por: Mayara Lopes Cardoso Veja também:
Assuntos relacionados:Quanto menor a energia de ativação maior a velocidade?Assim, quanto maior a energia de ativação, mais difícil será para que a reação ocorra e, consequentemente, ela se dará de forma mais lenta. O contrário também é verdadeiro, reações com uma menor energia de ativação ocorrem com maior velocidade.
O que aumenta a energia de ativação de uma reação?Superfície de Contato e Velocidade das Reações.
Quanto menor for o valor da energia de ativação de uma reação?Uma forma de tornar uma reação química mais veloz, pelo que vimos, é reduzindo a energia de ativação, pois, quanto menor ela for, mais rápido o complexo ativado será formado e, consequentemente, mais rápida será a obtenção dos produtos.
Por que o aumento da energia de ativação retarda a velocidade da reação química?Porque dificulta a barreira de energia, diminui a chance de colisões efetivas e assim diminui a velocidade da reação.
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