Velocidade das reações e fatores que a alteram
Na padaria, a massa do pão francês cresce bem mais depressa em um dia quente do que em um dia frio. Um comprimido efervescente some na água em segundos se estiver em pó, mas demora se estiver inteiro. Por que algumas reações são tão rápidas e outras tão lentas? E dá para controlá-las? Ao final da página você vai responder a essas perguntas.
Velocidade média de uma reação
Uma explosão de fogos de artifício acontece em frações de segundo. Já a ferrugem de um portão leva meses. As duas são reações químicas, mas têm velocidades muito diferentes.
Em toda reação, os reagentes são consumidos e os produtos são formados. Então, com o passar do tempo, a quantidade de reagente diminui e a de produto aumenta. Medir a velocidade é medir quanto isso muda em cada intervalo de tempo.
Perceba que a curva é mais inclinada no começo: a reação é mais rápida logo que os reagentes se encontram e vai desacelerando.
Usamos o módulo para que a velocidade seja sempre positiva. Para um reagente, $\Delta[\text{A}]$ é negativa, pois ele é consumido. Em vez de concentração, também se podem medir a massa consumida, o volume de gás liberado ou a pressão do sistema.
Defina velocidade média de uma reação química e cite duas grandezas que podem ser medidas ao longo do tempo para determiná-la, como a quantidade de um reagente que é…
Defina velocidade média de uma reação química e cite duas grandezas que podem ser medidas ao longo do tempo para determiná-la, como a quantidade de um reagente que é consumido ou de um produto que se forma.
Em uma reação, a concentração de um reagente A passou de $0{,}80\ \text{mol/L}$ para $0{,}50\ \text{mol/L}$ em $6\ \text{min}$. Calcule a velocidade média de consumo de…
Em uma reação, a concentração de um reagente A passou de $0{,}80\ \text{mol/L}$ para $0{,}50\ \text{mol/L}$ em $6\ \text{min}$. Calcule a velocidade média de consumo de A em mol/(L·min) e escreva a expressão utilizada.
Teoria das colisões e energia de ativação
Por que algumas reações são rápidas? Para reagir, as partículas dos reagentes precisam se chocar. Mas nem todo choque gera produto. Para que uma colisão seja efetiva (ou eficaz), duas condições são necessárias:
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as partículas devem estar com a orientação adequada no momento do choque;
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elas devem ter energia suficiente para romper ligações dos reagentes.
A energia mínima necessária é a energia de ativação ($E_a$). Pense nela como uma "barreira" ou um morro que os reagentes precisam subir para virar produtos. No topo está o complexo ativado, um estado instável e intermediário.
Quanto menor a energia de ativação, maior a fração de colisões que consegue superá-la e, portanto, mais rápida é a reação. Quanto maior a frequência de colisões efetivas, maior a velocidade.
Na padaria, a massa do pão francês cresce mais depressa em um dia quente do que em um dia frio. Qual fator que influencia a velocidade das reações está sendo observado?…
Na padaria, a massa do pão francês cresce mais depressa em um dia quente do que em um dia frio. Qual fator que influencia a velocidade das reações está sendo observado? Explique, usando a ideia de colisões entre as partículas.
Fatores que alteram a velocidade
Você pode acelerar ou frear uma reação mexendo em alguns fatores. Todos se explicam pela teoria das colisões.
| Fator | O que acontece | Por quê |
|---|---|---|
| Superfície de contato | Sólido em pó reage mais rápido que em pedaço | Mais partículas expostas, mais colisões |
| Temperatura | Aumentar a temperatura acelera | Maior energia cinética, mais colisões e mais energéticas |
| Concentração (ou pressão, em gases) | Maior concentração acelera | Mais partículas por volume, mais colisões |
| Catalisador | Acelera sem ser consumido | Oferece um caminho com menor $E_a$ |
Superfície de contato
O comprimido efervescente em pó se dissolve mais rápido porque a reação ocorre na superfície do sólido. Triturar aumenta a superfície exposta à água, logo mais partículas podem colidir. Pelo mesmo motivo, a palha de aço queima mais rápido que um prego de mesma massa: a palha tem muito mais superfície.
Temperatura
Em temperatura mais alta, as moléculas se movem mais rápido, ou seja, têm maior energia cinética. Elas colidem mais vezes e uma fração maior das colisões supera a $E_a$. Por isso a massa do pão cresce mais rápido em um dia quente, e por isso guardamos alimentos na geladeira: a baixa temperatura retarda as reações que estragam a comida.
Concentração
Quanto maior a concentração dos reagentes, mais partículas há no mesmo volume e mais frequentes são os choques. A palha de aço queima lentamente no ar (cerca de 21% de oxigênio), mas de forma intensa em oxigênio puro, onde a concentração de $\text{O}_2$ é bem maior.
Um comprimido efervescente se dissolve em água mais rápido quando está triturado do que quando está inteiro. Indique qual fator que altera a velocidade da reação está…
Um comprimido efervescente se dissolve em água mais rápido quando está triturado do que quando está inteiro. Indique qual fator que altera a velocidade da reação está envolvido nessa observação e explique, em uma ou duas frases, por que isso acontece.
Beatriz guarda leite na geladeira e deixa outra porção sobre a bancada da cozinha. Depois de algumas horas, o leite da bancada azeda primeiro. Explique esse fato em…
Beatriz guarda leite na geladeira e deixa outra porção sobre a bancada da cozinha. Depois de algumas horas, o leite da bancada azeda primeiro. Explique esse fato em termos de temperatura, energia cinética das moléculas e frequência de colisões efetivas.
Uma palha de aço queima lentamente no ar, mas queima de forma intensa em oxigênio puro. Identifique o fator que explica a diferença e justifique. Em seguida, explique…
Uma palha de aço queima lentamente no ar, mas queima de forma intensa em oxigênio puro. Identifique o fator que explica a diferença e justifique. Em seguida, explique por que uma palha de aço queima mais rápido que um prego de mesma massa.
Catalisador
O catalisador é uma substância que acelera uma reação sem ser consumida. Ele não "fornece energia": oferece um caminho alternativo com menor energia de ativação. Em geral, ao final da reação ele pode ser recuperado, com a mesma quantidade.
Repare em três fatos:
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A $E_a$ diminui, tanto na reação direta quanto na inversa.
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Reagentes e produtos continuam nos mesmos níveis de energia: o $\Delta H$ não muda.
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A quantidade final de produto não muda; o catalisador só faz a reação chegar lá em menos tempo.
Um diagrama de energia mostra uma reação sem catalisador com energia de ativação de $120\ \text{kJ}$ e $\Delta H = -50\ \text{kJ}$. Com um catalisador, a energia de…
Um diagrama de energia mostra uma reação sem catalisador com energia de ativação de $120\ \text{kJ}$ e $\Delta H = -50\ \text{kJ}$. Com um catalisador, a energia de ativação cai para $80\ \text{kJ}$. (a) Qual é a energia de ativação da reação inversa nas duas situações? (b) O catalisador altera o $\Delta H$? (c) Como o catalisador altera a velocidade? Justifique cada resposta.
Os conversores catalíticos dos carros transformam gases poluentes do escapamento, como o monóxido de carbono, em $\text{CO}2$. Rafael afirma que o catalisador "fornece…
Os conversores catalíticos dos carros transformam gases poluentes do escapamento, como o monóxido de carbono, em $\text{CO}_2$. Rafael afirma que o catalisador "fornece energia" para a reação ocorrer. Analise essa afirmação, explicando o papel do catalisador, o que acontece com ele ao final da reação e por que ele não desloca a quantidade de produto que seria formada, mas só o tempo necessário.
Volte ao começo: a massa do pão cresce mais rápido no calor por causa da temperatura, e o comprimido em pó se dissolve mais rápido por causa da superfície de contato. Ambos aumentam as colisões efetivas.
Resumo
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Velocidade média: $v_m = \dfrac{|\Delta[\text{A}]|}{\Delta t}$, em $\text{mol/(L·min)}$ ou $\text{mol/(L·s)}$.
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Para reagir, as partículas precisam colidir com orientação adequada e energia maior ou igual a $E_a$ (colisões efetivas).
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Superfície de contato, temperatura e concentração maiores aumentam a frequência de colisões efetivas e, portanto, a velocidade.
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O catalisador reduz a $E_a$ (direta e inversa), não é consumido e não altera o $\Delta H$ nem a quantidade final de produto.