Cinética Química

CINÉTICA QUÍMICA

Por Alberto Daniel Ginga

Cinética Química é o ramo da química que estuda a rapidez das reações químicas, bem como os fatores que a influenciam.

Importância do estudo da Cinética Química.

O conhecimento da Cinética Química ou da velocidade das reações, além da sua importância industrial, também está implicada dia-a-dia de todas as pessoas, quando conservamos os alimentos na geladeira ou por outros métodos mais rudimentares para retardar sua decomposição ou usamos panela de pressão para aumentar a velocidade de cozimento dos alimentos, estamos na verdade a aplicar os princípios básicos da Cinética Química.

Conceitos fundamentais da Cinética Química:

Velocidade de reação:

É a quantidade de tempo que uma transformação química leva para consumir as concentrações dos reagentes durante a progressão no sentido de formação dos produtos.

De forma mais didáctica pode-se definir a velocidade de reação como a relação entre a quantidade de reagentes que são consumidos para a formação de um certo produto numa unidade de tempo.

Para se entender a forma de expressar a velocidade de uma reação é preciso entender a lei da velocidade ou a lei de Guldberg-Waage.

Alei da velocidade diz que "A velocidade de uma reação é diretamente Proporcional ao produto das concentrações molares dos reagentes, para cada temperatura, elevada a expoentes experimentalmente determinados".

A partir dessa lei podemos expressar genericamente a velocidade de uma reação pela seguinte fórmula:

Para uma reação genérica, temos:

Onde:
V = velocidade da reação
K = constante de velocidade
[A] = concentração molar de A
[B] = concentração molar de B
X e Y = expoentes experimentalmente determinados.

Sobre os expoentes é importante que se diga que serão eles que praticamente vão determinar a ordem da reação.

Em cinética química, a ordem de reação é definida como a potência a qual seu termo de concentração é elevado.[1]

Por exemplo, dada uma reação química 2A + B → C com uma equação de taxa

r = k[A]2[B]1

a ordem de reação com respeito a A seria 2 e com respeito a B seria 1, a ordem de reação total seria 2 + 1 = 3. Não é necessário que a ordem de uma reação seja um número inteiro - zero e valores fracionários de ordem são possíveis - mas eles tendem a ser inteiros.

Quanto a ordem de reação, uma reação química pode ser.

Reação de primeira ordem: é aquela reação cujo o expoente da reação global entre os reagentes é igual a 1.

Exemplos:

N2O5(g)→ 2NO2(g) + ½ O2(g)

Esta é uma reação de decomposição, então temos apenas um reagente que é o composto N2O5(g). Observa que o mesmo composto tem como numero de mol igual a 1. Logo essa reação será de primeira ordem.

1 C2H4(g) + 1 H2(g) → 1 C2H6(g)

A equação da lei da velocidade dessa reação será:

v = k [C2H4]1 . [H2]1 ou v = k [C2H4] . [H2]

Dizemos então que, em relação a C2H4, a reação é de primeira ordem. Isso quer dizer que, se dobrarmos o valor da concentração desse reagente, a velocidade da reação também dobrará. O mesmo se aplica em relação ao H2.

Já a ordem global dessa reação, conforme já dito, é dada pela soma dos expoentes na equação da lei da velocidade. Então, ela será igual a 2 (1 + 1) a reação é de segunda ordem.

Reação de segunda ordem: é aquela reação cujo o expoente da reação global entre os reagentes é igual a 2.

Exemplo:

C4H9Cl(aq) + H20(l) → C4H9OH(aq) + HCl(aq)

A equação da lei da velocidade dessa reação será:

v = k [C4H9C]1 . [H20]1 ou v = k [C4H9C] . [H20]

Reação de terceira ordem: é aquela reação cujo o expoente da reação global entre os reagentes é igual a 3.

2NO(g) + Br2(g) → 2NOBr(g)

A equação da lei da velocidade dessa reação será:

v = k [NO]2 . [Br2]1

Dicas importantes sobre ordem de reação.

Para determinar a ordem de uma reação interessa somente as concentrações e os expoentes de todos os reagentes que participam da reação.

Velocidade média de reação:

É a relação entre a variação das quantidades dos reagentes ou produtos em relação as variações do tempo durante a reação.

É preciso perceber que velocidade de reação é em termos mais simples diferente de velocidade média de reação.

Pode se determinar a velocidade media do consumo dos reagentes, bem como a velocidade média da formação dos produtos no decorrer da reação. Para tal existem fórmulas que relacionam.

Consideremos uma reação química, já balanceada aX + bY → cZ + dW onde os reagentes X e Y vão sendo consumidos e os produtos Z e W formados.... - Veja mais em https://educacao.uol.com.br/disciplinas/quimica/cinetica-quimica-reacoes-quimicas-rapidez-e-influencias.htm?cmpid=copiaecola

Para a velocidade média de consumo dos reagentes temos a seguinte fórmula:

E para a velocidade média de formação de produtos temos a fórmula:

A velocidade média ela pode ser determinada por espécies químicas que participam da reação, ou por reação global.

Por espécie analisa-se a velocidade de cada componente. Temos como exemplo a reação de formação da água.

2H2 + O2 → H3O

Para o Hidrogénio:

Para o Oxigénio:

Para a Água:

Por reação global a expressão da velocidade média ficara:

Factores indispensáveis para que ocorra uma reação em uma determinada velocidade.

• Afinidade Química
• Colisão efectiva.

A Afinidade química é a propriedade diz respeito à capacidade que uma substância tem de reagir com a outra.

Colisão efectiva é aquela colisão ou choque que ocorre entre as substâncias com resultado a quebra e formação de novas ligações ou combinações químicas.

Teoria das colisões.

Para que os choques sejam efetivos é necessário que:

A orientação das partículas seja favorável para o choque.

As partículas tenham a energia necessária no instante do choque.

Quanto maior for o número dos choques efetivos maior será velocidade de reação.

Além do choque adequado as moléculas devem ter uma energia suficiente, essa energia mínima se denomina energia de ativação.

Factores que influencia a velocidade das reações químicas.

Concentração: Quanto maior a concentração dos reagentes, maior a velocidade da reação.

• Energia de ativação: Quanto maior a energia de ativação, mais lenta será a reação. •

Temperatura: Quanto mais elevada a temperatura, mais rápida será a reação.

• Pressão: No caso de reações que envolvam reagentes gasosos, quanto maior a pressão, mais rápida a reação.

• Superfície de contato: Para o caso de reagentes em diferentes fases, quanto maior a superfície de contato do reagente sólido, mais rápida será a reação.

• Catálise: É uma reação na qual existe a presença de uma substância capaz de acelerar a reação - um catalisador -, mas que não toma parte na reação propriamente dita.

Concentração dos reagentes:

A velocidade de uma reação geralmente aumenta quando aumenta a concentração de um dos reagentes.

Superfície de contacto dos reagentes.

Quando um reagente está no estado sólido, a reação ocorrerá na sua superfície. Assim, quanto mais fragmentado for esse reagente, maior será o número de choques, e maior será a velocidade da reação

Temperatura

A velocidade de uma reação aumenta quando aumenta a temperatura.

O que ocorre quando se aumenta a temperatura?

• Aumenta a velocidade de todas as partículas e o N° dos choques entre elas
• Aumenta a energia cinética das partículas

Significa que cada colisão entre as partículas reagentes tem maior probabilidade de ser efetiva.

Regra de Vant Hoff.

Um aumento de 10 ºC faz com que a velocidade de qualquer reação dobre.

Características dos catalizadores

Os catalisadores permanecem quimicamente inalterados até ao fim da reacção.

Uma pequena quantidade de catalisador é quase o bastante para que a reacção dá lugar a formação de maior quantidade de substancia.

Cada catalisador exerce geralmente a sua acção sobre uma reacção específica.

O catalisador não inicia a reacção, genericamente apenas serve para acelerar a reacção.

Promontório de reacção ou activador de catálise: é uma substancia que activa o catalisador.

Veneno de catalisador ou inibidor: é uma substancia que diminui e até destrói a acção do catalisador na reacção.

Auto-catálise: quando um dos produtos da reacção actua como um catalisador.

Classificação das reacções quanto a velocidade

• Reacções rápidas.
• Reacções moderadas.
• Reacções lentas

Reacções rápidas

• Combustão ou explosivas.
• Neutralização ou iónica.
• As reacções de formação de precipitado

Reacções moderadas

• As Reacções de ácidos com os metais.
• Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl2(s) + H2
• As reacções de sais com os metais.

Reacções lentas

• As reacções de oxidação dos metais.
• As reacções de formação de
• água a temperatura ambiente
• 2 H2(g) + O2(g) → 2H2O