terça-feira, 24 de agosto de 2010

=> CINÉTICA QUÍMICA

No foguete quando o combustível é oxidado na câmara de combustão, libera-se calor aumentando a energia cinética de suas moléculas. Assim que os gases quentes são expelidos pelo escapamento, essa energia é utilizada para lançar o projétil.

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 formação do complexo ativado;

  • a energia das moléculas que colidem entre si seja igual ou superior à energia de ativação.

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.

Quanto menor for a energia de ativação de uma reação, maior será sua velocidade.

Uma elevação da temperatura aumenta a velocidade de uma reação porque aumenta o número de moléculas dos reagentes com energia superior à de ativação.

Existe um ramo na ciência que estuda a velocidade das reações químicas e os fatores que a influenciam, é a chamada Cinética Química. Pode se definir reações químicas como sendo um conjunto de fenômenos nos quais duas ou mais substâncias reagem entre si, dando origem a diferentes compostos. Equação química é a representação gráfica de uma reação química, onde os reagentes aparecem no primeiro membro, e os produtos no segundo.

A + B C + D
Reagentes Produtos

O conhecimento e o estudo das reações, além de ser muito importante em termos industriais, também estão relacionados ao nosso dia-a-dia.
A velocidade de uma reação é a rapidez com que os reagentes são consumidos ou rapidez com que os produtos são formados. A combustão de uma vela e a formação de ferrugem são exemplos de reações lentas. Na dinamite, a decomposição da nitroglicerina é uma reação rápida.
As velocidades das reações químicas são determinadas através de leis empíricas, chamadas leis da velocidade, deduzidas a partir do efeito da concentração dos reagentes e produtos na velocidade da reação.
As reações químicas ocorrem com velocidades diferentes e estas podem ser alteradas, porque além da concentração de reagentes e produtos, as velocidades das reações dependem também de outros fatores como:

Concentração de reagentes: quanto maior a concentração dos reagentes maior será a velocidade da reação. Para que aconteça uma reação entre duas ou mais substâncias é necessário que as moléculas se choquem, de modo que haja quebra das ligações com conseqüente formação de outras novas. O número de colisões irá depender das concentrações de A e B. Veja a figura:


Moléculas se colidem com maior freqüência se
aumentarmos o número de moléculas reagentes.

É fácil perceber que devido a uma maior concentração haverá aumento das colisões entre as moléculas.

Superfície de contato: um aumento da superfície de contato aumenta a velocidade da reação. Um exemplo é quando dissolvemos um comprimido de sonrisal triturado e ele se dissolve mais rapidamente do que se estivesse inteiro, isto acontece porque aumentamos a superfície de contato que reage com a água.

Pressão: quando se aumenta a pressão de um sistema gasoso, aumenta-se a velocidade da reação.


Um aumento na pressão de P1 para P 2 reduziu o volume de V1 para V1/2, acelerando a reação devido à aproximação das moléculas.

A figura acima exemplifica, pois com a diminuição do volume no segundo recipiente, haverá um aumento da pressão intensificando as colisões das moléculas e em conseqüência ocorrerá um aumento na velocidade da reação.

Temperatura: quando se aumenta a temperatura de um sistema, ocorre também um aumento na velocidade da reação. Aumentar a temperatura significa aumentar a energia cinética das moléculas. No nosso dia-a-dia podemos observar esse fator quando estamos cozinhando e aumentamos a chama do fogão para que o alimento atinja o grau de cozimento mais rápido.

Catalisadores: os catalisadores são substâncias que aceleram o mecanismo sem sofrerem alteração permanente, isto é, durante a reação eles não são consumidos. Os catalisadores permitem que a reação tome um caminho alternativo, que exige menor energia de ativação, fazendo com que a reação se processe mais rapidamente. É importante lembrar que um catalisador acelera a reação mais não aumenta o rendimento, ou seja, ele produz a mesma quantidade de produto, mas num período de menor tempo.

A principal função do catalisador é diminuir a energia de ativação, facilitando a transformação de reagentes em produtos. Observe o gráfico que demonstra uma reação com e sem catalisador:

Cinética Química

Inibidor: é uma substância que retarda a velocidade da reação.

Veneno: é uma substância que anula o efeito de um catalisador.

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.

  • Catálise homogênea - Catalisador e reagentes constituem uma só fase.

  • Catálise heterogênea - Catalisador e reagentes constituem duas ou mais fases (sistema polifásico ou mistura heterogênea).

Autocatálise

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.

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

Esta é uma regra aproximada e muito limitada.

O aumento da concentração dos reagentes aumenta a velocidade da reação.

Conclusão

Na cinética estuda-se a velocidade das reações químicas.

As velocidades das reações químicas são expressas por M/s “molaridade por segundo”.

Quanto maior for a temperatura, maior será a velocidade, existindo fatores que influenciam nessa velocidade, como “superfície”, “temperatura” e “concentração dos reagentes”, onde, quanto maior for a superfície de contato maior será a velocidade de reação, quanto maior a temperatura maior será a velocidade de reação, quanto maior for a concentração dos reagentes maior será a velocidade de reação.

“lei de Guldberg-Waage” lei onde a ordem de uma reação é a soma dos expoentes das concentrações da equação da velocidade

Existe uma energia mínima para que os reagentes se transformem em produto, essa “energia mínima” da se o nome de “energia de ativação”, quanto maior for a energia de ativação, menor será a velocidade da reação.

Para diminuir essa “energia de ativação” pode-se usar um catalisador que facilita a transformação de reagentes em produtos.

A lei de Guldberg-Waage:

Considere a seguinte reação: a A + b B ----------> c C + d D

Segundo a lei de Guldberg-Waage; V = k [A]a [B]b.

Onde:

  • V = velocidade da reação;

  • [ ] = concentração da substância em mol / L;

  • k = constante da velocidade específica para cada temperatura.


A ordem de uma reação é a soma dos expoentes das concentrações da equação da velocidade. Utilizando a equação anterior, calculamos a ordem de tal reação pela soma de (a + b).

VIDEO-AULAS:

http://www.youtube.com/watch?v=JkGknA64Vfo

INTRODUÇÃO

http://www.youtube.com/watch?v=R0W7I5jNdto&feature=related

VELOCIDEDA DE UMA REAÇÃO

http://www.youtube.com/watch?v=1k3O6g35TJc&feature=related

FATORES QUE ALTERAM A VELOCIDADE

EXERCICIOS RESOLVIDOS:

1. Aplique a equação de Gulberg Waage (lei da ação das massas) às reações apresentadas:

a) 2 N2(g) + 3 O2(g) => 2 N2O3(g)

b) 2 NO2(g) => N2O4(g)

Resolução: a) V = k [N2]2 [O2]3

b) V = k [NO2]2

2. Por que o catalisador altera velocidade de uma reação?

Resolução:Porque diminui a energia de ativação dos reagentes.

3. É incorreto dizer-se que um catalisador,

01. altera a energia de ativação de uma reação

02. altera a velocidade de uma reação

04. altera o pH da reação

RESOLUÇÃO: 4

4. Assinale as opções corretas:

01. O catalisador afeta a velocidade de uma reação porque aumenta o número de moléculas com energia

cinética maior ou igual à energia de ativação da reação.

02. A temperatura afeta a velocidade de uma reação porque muda a energia de ativação da reação.

04. A concentração dos reagentes afeta a velocidade de uma reação porque há alteração no número de colisões efetivas.

08. Uma reação ocorre quando há colisão efetiva entre as moléculas reagentes, numa orientação apropriada.


RESOLUÇÃO: 12

5. Justifique sua RESPOSTA ao item 08 da questão anterior.

RESOLUÇÃO: CERTA, a reação ocorre quando moléculas ativadas energicamente chocam-se numa orientação apropriada, isto é, que possibilite a quebra de ligações nos reagentes.

Por Líria Alves
Graduada em Química
Equipe Brasil Escola

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