A VELOCIDADE
DAS REAÇÕES
Cinética química é a parte da química que estuda
a velocidade das reações químicas e os fatores que
influenciam esta velocidade.
O conhecimento e o estudo da velocidade das
reações, além de ser muito importante em termos
industriais, também está relacionado ao nosso diaa-dia.
Por exemplo, quando guardamos alimentos na geladeira para retardar sua decomposição ou usamos
panela de pressão para aumentar a velocidade de cozimento dos alimentos. As reações químicas
ocorrem com velocidades diferentes e estas podem ser alteradas.
Velocidade de reação
A velocidade de uma reação é medida pela quantidade de reagente que é consumindo ou pela quantidade de
produto que é formado em função do tempo.
Vm =
∆Q
∆t
Considerando a reação :
N2(g) + 3H2(g) → 2 NH3(g)
VReação Global =
∆[N2]
1
=
∆[H2]
=
∆[NH3]
3
Vconsumo N2 =
∆[N2]
∆t
Vconsumo H2 =
∆[H2]
∆t
Vformação NH3 =
∆[NH3]
∆t
2
29
Condições para ocorrência de uma reação
• Natureza dos reagentes: quando uma reação ocorre é porque temos uma “afinidade” entre os reagentes.
• Contato entre reagentes: esta é uma condição fundamental para que se possa haver reação, sem contato
não teremos, a princípio uma reação ocorrendo.
• Choques ou colisões: acreditamos que os choques eficientes entre os reagentes levam a quebra de ligações ocasionando a reação.
Teoria da Colisão
Pela teoria da colisão, para haver reação é necessário que:
•
•
•
as moléculas dos reagentes colidam entre si ;
a colisão ocorra com geometria favorável à quebra das ligações;
a energia das moléculas que colidem entre si seja suficiente para quebrar as ligações.
Teoria da Colisão
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.
Complexo Ativado
Complexo ativado é uma estrutura intermediária de grande energia entre os reagentes e os produtos, com
ligações intermediárias entre as dos reagentes e as dos produtos.
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→
Reagentes
→
complexo ativado
produtos
Energia de Ativação
Energia de ativação é a energia mínima necessária para a formação do complexo ativado.
•
Quanto menor for a energia de ativação de uma reação, maior será sua velocidade.
H
H
Complexo
Ativado
Complexo
Ativado
Produto
Energia de
Ativação
Reagente
Reagente
Energia de
Ativação
Produto
Caminho do Processo
Caminho do Processo
Reação Endotérmica
Reação Exotérmica
Fatores que influenciam a velocidade da reação
Estado físico dos reagentes
Geralmente os gases reagem mais facilmente e mais rapidamente que os líquidos, e estes mais rapidamente
que os sólidos.
Nos gases, as moléculas reagentes se deslocam com muita liberdade e rapidez. Os choques entre elas são
muito frequentes e, consequentemente, a reação é em geral mais rápida.
Quando dois líquidos miscíveis são misturados, para que eles reajam, o contato entre suas moléculas ainda
é mais fácil. Mais difícil se torna a reação entre dois líquidos imiscíveis.
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Temperatura
Calor
Frio
Uma elevação da temperatura aumenta a velocidade de uma reação porque aumenta o número de colisões
entre as moléculas e o número de moléculas dos reagentes com energia superior à de ativação.
Regra de van't Hoff
“ Uma elevação de 10°C na temperatura duplica a
velocidade de uma reação.”
•
Esta é uma regra aproximada e muito limitada
Superfície de Contato
Jacobus H. Van 't Hoff
Quando fragmentamos os reagentes, aumentamos a superfície de contato entre eles. Assim,o número de
colisões aumenta e a velocidade da reação será maior.
Aumento da superfície de contato
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No nosso dia-a-dia observamos que :
•
•
•
1kg de carne moída cozinha mais rapidamente do que 1 kg de carne em pedaços.
1 m3 de lenha fina queima mais rapidamente do que 1 m3 de lenha grossa.
1 comprimido efervescente triturado reage mais rapidamente com a água do que o comprimido
inteiro.
Nos três exemplos acima observamos a influência da superfície de contato.
A reação será mais rápida com o zinco em pó devido a maior superfície de contato.
Concentração
O aumento da concentração dos reagentes aumenta o número de moléculas por volume. Assim,o número de
colisões será maior e a velocidade da reação aumenta.
Lei da ação das massas
“ A velocidade de uma reação será diretamente proporcional ao produto das molaridades dos seus
reagentes elevados a expoentes determinados experimentalmente.”
aA + bB + ... → produtos
•
•
•
•
•
v = k [A]p [B]q
p e q são experimentalmente determinados
k = constante de velocidade de reação(aumenta com a temperatura )
p = ordem da reação em relação a A
q = ordem da reação em relação a B
p + q + ... = ordem da reação
Reagente gasoso - A pressão de um gás é diretamente proporcional à sua concentração em mol/L. Por
isso, no caso de reagente(s) gasoso(s), a lei de velocidade pode ser expressa em termos de pressão.
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Para :
aA(g) + bB(g) + ... → produtos
temos:
v = k·ppA·pqB
O aumento da pressão aumenta a velocidade da reação. Quando não há reagente gasoso, a pressão não
influi na velocidade da reação.
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.
Catálise e catalisador
Catálise é uma reação na qual toma parte um catalisador.
Catalisador é uma substância que aumenta a velocidade de uma reação, permanecendo inalterado
qualitativa e quantitativamente no final da reação.
A ação do catalisador é abaixar a energia de ativação. O abaixamento da energia de ativação é que
determina o aumento da velocidade da reação.
•
Catálise homogênea - Catalisador e reagentes constituem uma só fase.
Reação não catalisada (uma etapa ) :
A2(g) + B2 (g) → 2 AB(g)
Reação catalisada ( Duas etapas ) :
A2(g) + B2(g) + C(g) ) → A2(g) + B2C(g)
A2(g) + B2C(g)
→ 2 AB(g) + C(g)
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Existem catalisadores especiais, utilizados no escapamento dos automóveis, que conseguem transformar
alguns dos gases venenosos emitidos (dentre eles CO, NO e NO2) em gases não venenosos, como CO2 e N2.
Entre as muitas reações que ocorrem nesse processo, podemos citar:
2CO + 2NO
catalisador
Venenosos
2CO + O2
não-venenosos
catalisador
Venenoso
2NO2 + O2
2CO2 + 3N2
2CO2
não-venenoso
catalisador
Venenoso
2CO2
não-venenoso
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Os conversores catalíticos são bastante efetivos. Os gases produzidos pelo motor ficam em contato com o
catalisador por apenas 100 a 400 milissegundos, tempo suficiente para que 96% do CO seja convertido em
CO2 e a emissão de óxidos de nitrogênio seja reduzida em 76%.
•
Catálise heterogênea - Catalisador e reagentes constituem duas ou mais fases (sistema polifásico
ou mistura heterogênea).
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 36,5°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.
A reação :
N2 + 3 H2 → 2 NH3
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é catalisado por ferro; se adicionarmos pequenas quantidades de K2O ou Aℓ2O3, a ação catalítica do ferro
ficará muito mais acentuada. Dizemos, então, que o K2O ou Aℓ2O3 agem como promotores ou ativadores
do ferro.
Inibidor é uma substância que diminui a velocidade de uma reação agindo de forma contrária ao
catalisador,porém o inibidor é consumido na reação.
Na reação :
400°C
CH4 + Cℓ2
CH3Cℓ + HCℓ
A adição de pequenas quantidades de oxigênio retarda a reação; tão logo, porém, o oxigênio seja
consumido, a reação retoma sua velocidade primitiva. Atualmente, os inibidores são muito usados na
conservação de alimentos, bebidas e outros perecíveis.
Veneno (ou Anticatalisador) é a substância que diminui ou mesmo anula o efeito de um catalisador.
No exemplo anterior:
N2 + 3H2
Fe
2NH3
a presença de pequenas quantidades de arsênio ou compostos do arsênio diminui ou anula o efeito do ferro
como catalisador.
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.
CH2COOC2H5 + H2O → CH3COOH + C2H5OH
éster
água
ácido
álcool
Essa reação é extremamente lenta. No entanto, logo que se formam as primeiras porções do ácido, esse
passa a agir como catalisador da reação, acelerando o processo.
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