Teoria das colisões de Arrhenius
Modelo que explica o aumento da velocidade das reações com o
aumento da temperatura, considerando que as moléculas, para
Fator de orientação
Para que uma reação aconteça, é necessário que as moléculas
dos reagentes colidam com a orientação correta.
reagirem, têm que colidir umas com as outras.
Contudo, nem todas as colisões resultam na formação de
produtos; só uma pequena parte delas vai resultar na ocorrência
Colisão Eficaz
Colisão eficaz
de reação, dependendo de dois factores:
1. Fator de orientação
2. Energia cinética
Colisão Ineficaz
Teoria das colisões de Arrhenius
Teoria das colisões de Arrhenius
Quando o ocorrer um choque bem orientado e com energia suficiente
para romper as ligações antigas, novas ligações se formam.
Teoria das colisões de Arrhenius
Energia de ativação
Energia de ativaç
ativação:
Tal como uma bola não consegue alcanç
alcançar o topo de uma
colina se não rolar com energia suficiente até
até à colina, uma
reaç
reação não ocorre se as molé
moléculas não possuí
possuírem energia
suficiente para ultrapassar a barreira de energia de ativaç
ativação.
Energia de ativação
Energia de ativação
Energia de ativaç
ativação: segundo a teoria das
colisões postulapostula-se que, para que possam reagir, as
molé
moléculas que colidem têm de possuir uma energia
ciné
cinética total maior ou
igual do que a energia de
ativaç
ativação (Ea). É a energia
necessá
necessária para que se
inicie uma dada reaç
reação.
Complexo ativado
‹ Complexo
ativado: é a espécie formada
transitoriamente pelas moléculas de reagentes, como
resultado da colisão, antes da formação dos produto.
Fração de moléculas com Ea
A fração de moléculas, f, com energia igual ou superior Ea é:
f =e
A+ B → C + D
Complexo
activado
RT
− Ea
RT
Reação endotérmica
Equação de Arrhenius
‹A
maior parte dos dados da velocidade das reações
obedece à seguinte relação
k = Ae
Ea
Complexo
activado
f =e
Reação exotérmica
−
− Ea
RT
K – constante de velocidade
A – fator de frequência (medida da probabilidade de uma colisão eficaz)
Ea – energia de ativação (kJ/ mol)
R – constante dos gases ideais
T – temperatura absoluta
Quanto menor Ea e maior T , maior k.
Determinação da energia de ativação
Rearranjando a Equação de Arrhenius, obtém-se:
⎛ E ⎞⎛ 1 ⎞
k = Ae − Ea / RT ⇔ ln k = ⎜ − a ⎟⎜ ⎟ + ln A
⎝ R ⎠⎝ T ⎠
E a (kJ/mol)
R = 8,314 J/K.mol
Para duas temperaturas, a relaç
relação entre as constantes de velocidade é:
ln k1 − ln k 2 =
Ea ⎛ 1 1 ⎞
⎜ − ⎟
R ⎜⎝ T2 T1 ⎟⎠
Catálise e Catalisador
Catálise
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, possibilitando um novo caminho para a reação. O
abaixamento da energia de ativação é que determina o aumento
da velocidade da reação.
Um catalisador aumenta a velocidade de uma reacção por diminuir a sua
energia de activação.
k = A . exp( -Ea/RT )
k
Ea
Catálise homogênea - Catalisador e reagentes constituem uma só
fase.
Catálise heterogênea - Catalisador e reagentes constituem duas
ou mais fases (sistema polifásico ou mistura heterogênea).
uncatalyzed
catalyzed
Velocidadereacção
Catálise
catalisada
> Velocidadereacção
não catalisada
Catálise
‹
Existem dois tipos de catalisadores: Homogêneos e heterogêneos.
Catálise homogênea: o catalisador encontra-se na mesma fase dos
reagentes e produtos
•Catálise ácida
•Catálise básica
Catálise heterogênea: o catalisador encontra-se numa fase diferente dos
reagentes e produtos
Velocidadereação
catalisada
> Velocidadereação
•A síntese de Haber do amoníaco
não catalisada
•A síntese do ácido nítrico
•Conversores catalíticos
Catálise Heterogênea Processo Haber (produz NH3)
A síntese de Haber do
amoníaco
Processo de Ostwald Produção de HNO3
Catalisador de platina-ródio
4NH3 (g) + 5O2 (g)
2NO (g) + O2 (g)
2NO2 (g) + H2O (l)
Fe/Al2O3/K2O
N2 (g) + 3H2 (g)
2NH3 (g)
catalisador
Pt-Rh catalysts used
in Ostwald process
4NO (g) + 6H2O (g)
2NO2 (g)
HNO2 (aq) + HNO3 (aq)
Conversores Catalíticos
CATÁ
CATÁLISE ENZIMÁ
ENZIMÁTICA
Recolha de gases
de escape
‹
‹
Tubo de escape
Compressor de ar: fonte
de ar secundário
CO +
Extremidade do
tubo de escape
‹
Conversores
Catalíticos
Hidrocarbonetos que não sofreram combustão
2NO + 2NO2
+ O2
Conversor
catalítico
Conversor
catalítico
CO2 + H2O
As enzimas são catalisadores bioló
biológicos.
As enzimas atuam apenas sobre molé
moléculas especificas,
especificas, chamadas
substratos (ou seja, reagentes), deixando inalterado o resto do
sistema.
Uma enzima é tipicamente uma proteí
proteína de dimensões elevadas
que conté
contém um ou mais centros ativos.
ativos. É nesses centros que
ocorrem as interaç
interações com as molé
moléculas de substrato. Estes
centros ativos têm estruturas compatí
compatíveis apenas com certas
molé
moléculas com uma relaç
relação topoló
topológica semelhante à que existe
entre uma chave e a respectiva fechadura.
2N2 + 3O2
E+S
ES
k
ES
P+E
CATÁLISE ENZIMÁTICA
EFEITO DE UM CATALISADOR ENZIMÁ
ENZIMÁTICO
NUMA REACÇ
REACÇÃO QUÍ
QUÍMICA
Reação não catalisada
Reação catalisada por uma
enzima
A reação catalisada ocorre num mecanismo em duas etapas. A segunda
etapa (ES → E + P) é a etapa que controla a velocidade da reação.