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3. ENERGIA DE ATIVAÇÃO
Química
Energia de ativação é a energia inicial necessária para que uma reação
aconteça.
Para ocorrer uma reação química entre duas substâncias orgânicas que estão
na mesma solução, é preciso fornecer uma certa quantidade de energia, geralmente na forma de calor, que favoreça o encontro e a colisão entre elas. A
energia também é necessária para romper ligações químicas existentes entre
os átomos de cada substância, favorecendo, assim, a ocorrência de outras
ligações químicas e a síntese de uma nova substância a partir de duas iniciais.
Professor Pedro CAMPELO
Aula 49
Cinética química
1. DEFINIÇÃO
4. CONDIÇÕES PARA QUE OCORRA UMA REAÇÃO
A cinética química é uma ciência que estuda a velocidade das reações
químicas. A velocidade da reação recebe geralmente o nome de taxa de
reação. A taxa de reação está relacionada com as concentrações dos reagentes, o estado particular dos reagentes (estado físico, estado nascente dos
gases, estado cristalino ou amorfo dos sólidos, do fato dos reagentes
estarem ou não em solução e, neste caso, a natureza do solvente irá influir
na velocidade da reação), a temperatura, a eletricidade, a luz, a pressão, a
presença de catalisadores e dos produtos de reação.
Sua importância é muito ampla, já que se relaciona com temas como, por
exemplo, a rapidez com que um medicamento atua no organismo ou com
problemas industriais, tais como a descoberta de catalisadores para acelerar
a síntese de algum produto novo.
Conhecido como modelo de colisão, existem três coisas necessárias, nesta
ordem, para que uma reação aconteça:
4.1. As moléculas devem colidir para reagirem.
Contudo, se duas moléculas simplesmente colidem, elas não irão sempre
reagir; portanto a ocorrência de uma colisão não é sempre o suficiente. A
segunda exigência é que:
4.2. Exista bastante energia (energia de ativação) para que as duas
moléculas reajam.
Esta é a ideia de uma transição de estado; se duas moléculas colidem, elas
devem afastar-se uma da outra caso elas não possuam energia suficiente
para superar a energia de ativação e transpor a transição de estado (ponto
de mais alta energia). Finalmente, a terceira condição é:
2. FATORES QUE ALTERAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES
4.3. A molécula deve ser orientada mutuamente de forma correta.
A rapidez ou a velocidade com que se formam ou rompem as ligações
dependem da natureza dos reagentes.
Para a reação ocorrer entre duas moléculas que colidem, elas devem colidir
em uma orientação correta, e possuírem um aporte de energia mínimo.
Quando as moléculas se aproximam, suas eletrosferas se repelem mutuamente. Para superar essa repulsão, é necessário energia (energia de ativação), a qual é tipicamente provida pelo calor do sistema; isto é, a energia de
translação, vibração e rotação de cada molécula, embora algumas vezes
pela luz (fotoquímico) ou campo elétrico (eletroquímico). Se existe bastante
energia disponível, a repulsão é superada, e as moléculas se aproximam o
suficiente para que a atração entre elas provoque um rearranjo das ligações
covalentes
As temperaturas baixas para uma reação em particular, a maioria das moléculas (mas não todas) não irá ter energia suficiente para reagir. Contudo
haverá quase sempre um certo número de moléculas com bastante energia
a qualquer temperatura porque a temperatura é uma medida da energia
média do sistema, sendo que moléculas individuais podem ter mais ou
menos energia que a média. Aumentando a temperatura, a proporção de
moléculas com mais energia do que a energia de ativação cresce proporcionalmente e, consequentemente, a velocidade da reação cresce. Tipicamente a energia de ativação é considerada como sendo a energia em
quilojoule necessária para que 1 mol de reagente reaja.
2.1. Temperatura
Temperatura: grau de agitação das partículas que aumenta a probabilidade
de colisões.
Com o aumento da temperatura, também aumenta o número de moléculas
com energia igual ou superior à energia de ativação. Havendo mais moléculas com energia maior ou igual à de ativação, aumenta a velocidade da
reação. Com o aumento da temperatura, as moléculas se agitam mais, fazendo que a probabilidade de colisões efetivas aumente. Assim, a velocidade
da reação aumenta. Alimentos na geladeira demoram muito mais para
estragar do que no ambiente. Isso porque as reações químicas feitas pelos
micro-organismos decompositores são retardadas pela temperatura baixa.
Há uma regra que foi formulada no século XIX pelo holandês Jacobus
Henricus van't Hoff que diz que um aumento de 10 graus Celsius na temperatura do sistema que irá reagir duplica a velocidade da reação. Hoje, sabese que essa regra apresenta várias exceções, mas ela é muitas vezes útil para
se fazerem previsões aproximadas do comportamento da velocidade de
certas reações. Ela é conhecida como Regra de Van’t Hoff.
2.2. Superfície de contato
5. TEMPERATURA
Se numa reação atuam reagentes em distintas fases, o aumento da superfície
de contato entre eles aumenta a velocidade das reações. Considerando, por
exemplo, uma reação entre uma substância sólida e uma líquida, quanto
mais reduzida a pó estiver a substância sólida, maior é a superfície de
contacto entre as partículas de ambas as substâncias e, portanto, maior é a
possibilidade de essas partículas colidirem umas com as outras.
A Temperatura é um parâmetro físico (uma função de estado) descritivo de
um sistema que vulgarmente se associa às noções de frio e calor, bem como
às transferências de energia térmica, mas que se poderia definir, mais
exatamente, sob um ponto de vista microscópico, como a medida da energia
cinética associada ao movimento (vibração) aleatório das partículas que
compõem um dado sistema físico.
A diferença de temperatura permite a transferência da energia térmica, ou
calor, entre dois ou mais sistemas. Quando dois sistemas estão na mesma
temperatura, eles estão em equilíbrio térmico, e não há transferência de calor.
Quando existe uma diferença de temperatura, o calor é transferido do
sistema de temperatura maior para o sistema de temperatura menor até
atingir um novo equilíbrio térmico. Essa transferência de calor pode acontecer por condução, convecção ou radiação (veja calor para obter mais detalhes sobre os diversos mecanismos de transferência de calor). As propriedades precisas da temperatura são estudadas em termodinâmica. A temperatura tem também um papel importante em muitos campos da ciência,
entre outros a física, a química e a biologia.
A temperatura é diretamente proporcional à quantidade de energia térmica
num sistema. Quanto mais energia térmica se junta a um sistema, mais a sua
temperatura aumenta. Ao contrário, uma perda de calor provoca um
abaixamento da temperatura do sistema. Na escala microscópica, esse calor
corresponde à transmissão da agitação térmica entre átomos e moléculas no
sistema. Assim, uma elevação de temperatura corresponde a um aumento da
velocidade de agitação térmica dos átomos.
Muitas propriedades físicas da matéria como as suas fases (estado sólido,
líquido, gasoso, plasma ou condensado de Bose-Einstein), a densidade, a
solubilidade, a pressão de vapor e a condutibilidade elétrica dependem da
temperatura. A temperatura tem também um papel importante no valor da
velocidade das reações químicas. É por isso que o corpo humano possui
alguns mecanismos para manter a temperatura a 37°C, visto que uma temperatura um pouco maior pode resultar em reações nocivas à saúde, com
2.3. Presença de um catalisador
Os catalisadores aumentam a velocidade de uma reação química, mas não
participam da formação dos produtos, sendo completamente regenerados
no final. Atuam ao promover rotas de reação com menor energia de ativação.
O reagente acelera a reação, pois diminui a energia de ativação das
moléculas, mas não participa da reação, ou seja, não ocorre nenhuma mudança nos elementos químicos da reação, e o catalisador continua intacto.
2.4. Concentração dos reagentes
O aumento da concentração dos reagentes promove o aumento do número
de colisões entre as moléculas. Isso faz que a probabilidade de colisões
efetivas acontecerem para a formação do complexo ativado seja maior. Logo,
quanto maior a concentração dos reagentes, maior será a velocidade da
reação.
2.5. Pressão
Com o aumento da pressão, aumenta a probabilidade de ocorrerem colisões
efetivas. E, consequentemente, aumenta a velocidade da reação.
Notar que a pressão só influencia quando tiver pelo menos uma substância
gasosa como reagente, um aumento de pressão num sistema em reação
implica um contato maior entre os reagentes, pois o volume do sistema
diminui, desse modo, haverá um número maior de partículas reagentes por
unidade de volume (a concentração aumenta), o que possibilita um maior
número de colisões entre as partículas. Consequentemente, a velocidade da
reação se torna maior. O efeito da pressão é considerável apenas quando
substâncias na fase de agregação gasosa participam da reação.
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