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Cinética Química
A cinética é à parte da química que estuda as velocidades das reações
onde,com o aumento da temperatura se aumenta a
velocidade.
Existem fatores que influenciam na velocidade como "temperatura",
"superfície" e "concentração de reagentes".
Velocidade de uma reação
A velocidade de uma reação é a variação da concentração dos reagentes pela
variação de uma unidade de tempo. As velocidades das reações químicas
geralmente são expressas em molaridade por segundo ( M/s ).
A velocidade média de formação de um produto de uma reação é dado por:
Vm = variação da concentração do produto / variação do tempo
A velocidade da reação decresce com o tempo. A velocidade de formação do
produto é igual a velocidade de consumo do reagente.:
Velocidade da reação = variação da concentração dos reagentes / variação do
tempo
A velocidade das reações química pode ocorrer em escalas de tempo muito
amplas. Por exemplo, uma explosão pode ocorrer em menos de um segundo, a
cocção de um alimento pode levar minutos ou horas, a corrosão pode levar
anos, e a erosão de uma rocha pode ocorrer em milhares ou milhões de anos.
Fatores que influenciam na velocidade da reação:
- Superfície de contato: Quanto maior a superfície de contato, maior será a
velocidade da reação.
- Temperatura: Quanto maior a temperatura, maior será a velocidade da
reação.
- Concentração dos reagentes: Aumentando a concentração dos reagentes,
aumentará a velocidade da reação.
Numa reação química, a etapa mais lenta é a que determina sua velocidade.
Observe o exemplo a seguir: O peróxido de hidrogênio reagindo com íons
iodeto, formando água e oxigênio gasoso.
I - H2O2 + I- ------> H2O + IO- (Lenta)
II - H2O2 + IO- ------> H2O + O2 + I- (Rápida)
Equação simplificada: 2 H2O2 ------> 2 H2O + O2.
A equação simplificada corresponde a soma das equações I e II. Como a etapa
I é a etapa lenta, para aumentar a velocidade da reação, deve-se atuar
nela. Tanto para aumentar ou diminuir a velocidade da reação, a etapa II
(rápida) não vai influir; sendo a etapa I a mais importante..
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).
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.
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.
Energia de ativação:
É a energia mínima necessária para que os reagentes possam se transformar
em produtos. Quanto maior a energia de ativação, menor será a velocidade da
reação.
Ao atingir a energia de ativação, é formado o complexo ativado. O complexo
ativado possui entalpia maior que a dos reagentes e dos produtos, sendo
bastante instável; com isso, o complexo é desfeito e dá origem aos produtos
da reação. Observe o gráfico:
Onde:
· C.A.= Complexo ativado.
· Eat. = Energia de ativação.
· Hr. = Entalpia dos reagentes.
· Hp. = Entalpia dos produtos.
· DH = Variação de entalpia.
Catalisador:
O catalisador é uma substância que aumenta a velocidade da reação, sem ser
consumida durante tal processo.
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:
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).
Enzima
Enzima é uma proteína que atua como catalisador em reações biológicas.
Caracteriza-se pela sua ação específica e pela sua grande atividade
catalítica. Apresenta uma temperatura ótima, geralmente ao redor de 37°C,
na qual tem o máximo de atividade catalítica.
Promotor de reação ou ativador de catalisador é uma substância que ativa o
catalisador, mais isoladamente não tem ação catalítica na reação.
Veneno de catalisador ou inibidor é uma substância que diminui e até
destrói a ação do catalisador, sem tomar parte na reação.
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.
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.
