cinética química aula 02

CINÉTICA QUÍMICA

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1. CONDIÇÕES NECESSÁRIAS

Há duas condições que são fundamentais (embora não sejam suficientes) para que uma reação química possa ocorrer:

• Os reagentes devem entrar em contato.• Deve haver afinidade química entre os reagentes.

Assim, se colocarmos em contato água, H2O(l), e monóxido de carbono, CO(g), não haverá reação, pois não há afinidade química entre essas substâncias.

H2O(l) + CO(g) não há reação

No entanto, se colocarmos em contato gás cloro, Cl2(g), e gás hidrogênio, H2(g), pode haver reação, pois há afinidade química entre essas substâncias. A realização ou não de reação química, nesse caso, passa a depender de duas outras condições, ditas acessórias:

•As partículas (moléculas, íons) dos reagentes devem colidir entre si.•A colisão entre as partículas dos reagentes deve ocorrer numa

orientação favorável, com energia suficiente para romper as ligações existentes nos reagentes.

2. COLISÃO FAVORÁVEL

Considere, por exemplo, a reação entre gás hidrogênio e gás iodo, utilizando o modelo atômico de Dalton.

H2 + I2 2 HI

eficaz

Não eficazI2 + H2

HI + HI

I2 H2

Colisão Desfavorável

Colisão Desfavorável

Para que as moléculas de H2 e I2 possam efetivamente reagir produzindo HI, elas devem colidir com energia suficiente e numa orientação favorável.

Colisão favorável

3. ENERGIA DE ATIVAÇÃO

Não basta, porém, que a colisão entre as partículas dos reagentes ocorra numa orientação favorável para que ocorra reação, isto é, para que as ligações entre os reagentes sejam rompidas e novas ligações sejam formadas, dando origem aos produtos.

Para que a colisão seja efetiva, também é necessário que os reagentes adquiram uma quantidade de energia mínima, característica de cada reação, chamada energia de ativação.

Energia de ativação é a quantidade mínima de energia necessária para que a colisão entre as partículas dos

reagentes, feita numa orientação favorável, seja efetiva e, portanto, resulte em reação.

Eativação = Enecessária para que a reação se inicie – Eprópria dos reagentes

4. COMPLEXO ATIVADO

Quando a colisão entre as partículas dos reagentes ocorre numa orientação favorável e com energia igual ou superior à energia de ativação, forma-se primeiramente uma estrutura instável e intermediária entre os reagentes e os produtos, chamada complexo ativado.

Complexo ativado de uma reação é uma estruturaintermediária e instável entre os reagentes e os

produtos.Exemplo:

OBSERVAÇÃO: Estudo Gráfico da Eat

Os produtos de uma reação química possuem também um conteúdo energético, o qual se denomina energia própria dos produtos (Epp). Quando o complexo ativado (instável) se rearranja para formar os produtos, ocorre liberação de energia, que pode ser calculada pela diferença: E – Epp.

• Reação exotérmica – E – Epp > Eat

• Reação endotérmica – E – Epp < Eat

OBSERVAÇÃO: Eat e a Velocidade

1. A energia de ativação representa um obstáculo na transformação de reagentes em produtos.

•Quanto maior for a energia de ativação a ser adquirida, mais difícil será para os reagentes transpor esse obstáculo, e a reação ocorrerá mais lentamente.

•Por outro lado, quanto menor for a energia de ativação a ser adquirida, mais fácil será para os reagentes transpor esse obstáculo, e a reação ocorrerá mais rapidamente.

2. Por outro lado, a energia de ativação funciona como uma “barreira de segurança” para muitas reações. Por exemplo, o H2 e o O2 reagem explosivamente resultando em água (2H2 + O2 2H2O). A reação, porém, não começa espontaneamente, porque a barreira representada pela energia de ativação “segura” o início da reação; torna- se então necessária uma chama, uma faísca elétrica, etc. para deflagrar a reação.

3. Quando temos reações químicas semelhantes, como por exemplo:

Será@ mais rápida aquela que apresentar menor energia de ativação; no caso citado, a mais rápida é a reação entre H2 e F2 (Eat. < E’at.):

4. INFLUÊNCIAS NA VELOCIDADE

São diversos os fatores que podem influir na velocidade de uma reação química tornando-a mais rápida ou mais lenta.

Entre eles se destacam:

•natureza dos reagentes

Uma peça de ferro metálico se oxida com relativa facilidade segundo a equação:

4Fe(s) + 3O2(g) 2Fe2O3(s)

Já uma peça de metálica de prata se oxida com muita lentidão:

4Ag(s) + O2(g) 2Ag2O(s)

A que se deve esta diferença de velocidades?

A velocidade de uma reação depende das propriedades específicas e inerentes dos reagentes,

quanto maior reatividade química, maior será a velocidade da reação.

OBSERVAÇÃO: Mediante a realização de uma série de reações, foi possível estabelecer uma fila de reatividade comparativa dos metais, que pode ser representada genericamente por:

OBSERVAÇÃO:

• A reação de HCl(aq) com NaOH(aq) é rápida e exotérmica:

HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H2O(l) + CALOR

• A reação de CO(g) com NO2(g) é lenta:

CO(g) + NO2(g) CO2(g) + NO(g) + CALOR

O que explica esta diferença nas velocidades?

As espécies iônicas em solução aquosa reagem mais rápido que as espécies químicas moleculares.




•natureza dos reagentes •superfície de contato

Quanto maior a superfície de contato dos reagentes envolvidos, maior a velocidade da

reação e vice-versa.Exemplo:

A efervescência no CaCO3(s) na forma de pó é mais acentuada (maior

superfície de contato).




•natureza dos reagentes •superfície de contato•luz e eletricidade




•natureza dos reagentes •superfície de contato•luz e eletricidade •pressão




•natureza dos reagentes •superfície de contato•luz e eletricidade •pressão•temperatura

Regra de Van’t Hoff: um aumento de 10°C faz com que a velocidade da reação dobre.

V2 = V1 x 2Δt/10

Lembre-se de que a regra de Van’t Hoff é apenas aproximada e bastante limitada. Não deve ser seguida à risca para todas as reações. Cada reação específica deve ter o efeito quantitativo exato do aumento da velocidade em função da temperatura determinado experimentalmente.




•natureza dos reagentes •superfície de contato•luz e eletricidade •pressão•temperatura•concentração




•natureza dos reagentes •superfície de contato•luz e eletricidade •pressão•temperatura•Concentração•Catalisadores

Um catalisador é urna substância que é adicionada ao processo, não sendo consumido pelo mesmo, e que tem a função de alterar a velocidade. O catalisador pode ser positivo (catalisador propriamente dito) ou negativo (inibidor).

Catalisadores positivos promovem um caminho alternativo com a energia de ativação do processo mais baixa, aumentando a velocidade. Já os inibidores de reação diminuem a velocidade. Exemplo de catalisadores positivos são as enzimas e de catalisadores negativos são os conservantes alimentícios.

•Catálise homogênea — quando o catalisador está na mesma fase que os reagentes, participa ativamente da transformação e é recuperado integralmente no fim do processo.

Admite-se nesse tipo de catálise a formação de um composto intermediário muito reativo.

•Catálise heterogênea — quando o catalisador não está na mesma fase que os reagentes, mas proporciona uma superfície favorável a ocorrência da transformação química.

1. Chama-se autocatálise a catálise provocada por uma substância formada na própria transformação.

2. Sabe-se que o catalisador não sofre alteração permanente em sua composição química nem na quantidade, mas pode sofrer alteração em sua natureza física.

3. Chama-se inibidor a espécie química que, com as moléculas reagentes, faz com que estas reajam a uma velocidade menor. Os inibidores são utilizados como conservantes de alimentos, pois retardam a reação de decomposição; por exemplo, o EDTA cálcico dissódico e usado como conservante de margarinas (antioxidante).

4. Um ativador ou promotor é a espécie química que, com o catalisador e as moléculas reagentes, faz com que estas reajam a uma velocidade ainda maior do que se estivessem apenas com o catalisador.

5. Veneno é a espécie química que, com o catalisador e as moléculas reagentes, faz com que estas reajam a uma velocidade menor do que se estivessem apenas com o catalisador.

6. Uma pequena quantidade de catalisador pode ter efeitos profundos na velocidade de uma transformação, o que e significativo nos sistemas biológicos. Nestes os catalisadores são altamente específicos para cada reação e chamados de enzimas.

AUTOCATÁLISE

É um tipo de reação na qual um dos produtos formados atua como catalisador. Um exemplo é a reação que ocorre entre o cobre, Cu, e o ácido nítrico, HNO3:

Inicialmente, a reação ocorre lentamente; porém, à medida que o dióxido de nitrogênio, NO2, é formado, ele age como catalisador, aumentando violentamente a velocidade da reação.

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