Toda colisão entre as moléculas dos reagentes resulta na formação de produto

Definições básicas

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

A rapidez, ou velocidade, de uma reação química indica a variação da quantidade de reagentes e produtos com o passar do tempo.

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.

Chamamos de velocidade média de consumo de X a razão:

Ou seja, a variação da concentração do reagente X com o tempo. O mesmo vale para o reagente Y.

Para os produtos Z e W, definimos:

O mesmo valendo para o produto W.

Considerando os coeficientes da reação balanceada definimos a velocidade média da reação como:

Energia de ativação

A energia de ativação é a energia mínima necessária para que a reação possa ocorrer. Ela recebe este nome porque reagentes e produtos passam por uma configuração intermediária que recebe o nome de complexo ativado. Trata-se, portanto, da energia mínima necessária para a formação deste complexo ativado.

A energia de ativação é explicada pela teoria da colisão: a reação química é constituída por colisões entre as moléculas dos reagentes. Nem toda colisão, porém, é eficaz, pois é necessário que haja energia suficiente e geometria molecular adequada. A energia de ativação é aquela requerida para que as colisões sejam eficazes, ou seja, resultem no complexo ativado.

Fatores que influenciam a velocidade da reação

• 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, permanecendo inalterada sua massa e suas propriedades após a reação. Seu efeito baseia-se na redução da energia de ativação. (Da mesma forma, pode ocorrer a presença de um inibidor - substância que inibe a ação do catalisador. Neste caso, obviamente, o efeito do catalisador é anulado, e a velocidade da reação permanece inalterada.)

Lei cinética de uma reação

É a equação que permite calcular a velocidade de uma reação a partir das concentrações de reagentes. De forma genérica:

v = k · [X]m · [Y]n

onde:

k : constante da velocidade da reação, dependente da temperatura.

[X] e [Y]: concentração dos reagentes X e Y em mol/L

m e n: são expoentes determinados experimentalmente, e que recebem o nome de "ordem da reação". Assim:

m: ordem da reação em relação a X

n: ordem da reação em relação a Y

m + n: ordem total da reação

Mecanismos das reações

É o conjunto de etapas em que ocorre uma reação, sendo a velocidade da reação determinada pela etapa mais lenta.

Dá-se o nome de reação elementar àquela que ocorre em apenas uma etapa. Reação não-elementar é aquela que ocorre em duas ou mais etapas.

No caso de uma reação elementar, a lei cinética pode ser adaptada para:

v = k · [X]x · [Y]y

onde x e y é o número de moléculas respectivamente de X e Y que sofrem a colisão que provocará a reação.

Questão 1

(PUC-RS) Mudar a velocidade de uma reação química depende:

I. Do número de colisões entre moléculas na unidade de tempo.

II. Da energia cinética das moléculas que colidem entre si.

III. Da orientação das moléculas na colisão, isto é, da geometria da colisão.

Estão corretas as alternativas:

a) I, II e III.

b) somente I.

c) somente II.

d) somente I e II.

e) somente I e III.

Questão 2

A velocidade em que as reações químicas podem processar-se varia muito, já que existem fatores que interferem na ocorrência e na velocidade das reações. Baseando-se nesses fatores, analise as proposições abaixo e marque a alternativa falsa:

a) A velocidade de uma reação pode ser determinada pela relação entre a velocidade de consumo de um reagente e a unidade de tempo.

b) É necessário haver colisão entre as partículas para que uma reação ocorra.

c) Energia de ativação é um fator que influencia a velocidade da reação.

d) A velocidade de uma reação é influenciada pela afinidade química entre os reagentes.

e) A velocidade de uma reação não é influenciada pelo contato entre os reagentes.

Questão 3

(UnB-Adaptada) Considere os estudos cinéticos de uma reação química e julgue os itens abaixo.

1) Toda reação é produzida por colisões, mas nem toda colisão gera uma reação.

2) Uma colisão altamente energética pode produzir uma reação.

3) Toda colisão com orientação adequada produz uma reação.

4) A velocidade média de uma reação pode ser determinada pela expressão:

v = quantidade dos produtos
     quantidade dos reagentes

Assinalando V para verdadeiro e F para falso e, lendo de cima para baixo, teremos:

a) V, V, F, F.

b) V, V, V, F.

c) F, V, F, F.

d) V, F, V, F.

e) V, V, V, V.

Respostas

Resposta Questão 1

Letra a). A velocidade e a ocorrência de uma reação química estão intimamente relacionadas com:

• Quanto maior a quantidade de choques (colisões) entre as moléculas, mais átomos estarão entrando em contato entre si, formando novas substâncias;

• Quanto maior a velocidade (energia cinética) em que uma molécula desloca-se, maior a probabilidade de se chocar com outra molécula e formar uma nova substância;

• Quanto melhor for a orientação da colisão entre as moléculas, maior será a probabilidade dos átomos de se encontrarem e produtos serem formados.

Resposta Questão 2

Letra e). Para que uma reação química aconteça, é fundamental que os reagentes entrem em contato entre si para que novas ligações entre átomos sejam formadas e, consequentemente, os produtos sejam originados.

Resposta Questão 3

Letra a).

1- Verdadeiro: quando a colisão entre os átomos é desfavorável, a velocidade em que a reação se processa é tão lenta que, a olho nu, consideramos que a reação não ocorreu.

2: Verdadeiro: se a colisão ocorreu com alta energia, quer dizer que essa energia é maior que a energia mínima (energia de ativação) necessária para que a reação aconteça.

3: Falso: para produzir uma reação, a colisão deve, sim, ter orientação adequada, mas também deve ter energia suficiente.

4: Falso: A velocidade média de uma reação é calculada por meio da relação entre a velocidade de um de seus participantes (velocidade de consumo do reagente ou velocidade de formação do produto) e o seu coeficiente estequiométrico na equação que representa a reação.

aA + bB → cC + dD

v = VC
     c

Resposta Questão 4

Letra c).

a- Energia de ligação é a energia envolvida na quebra ou na formação de uma ligação química entre átomos.

b- Energia de neutralização é a energia envolvida na reação química entre um composto de característica ácida e outro de característica básica.

d- Energia de formação é a energia absorvida ou liberada na formação de uma substância composta.

e- Energia de ionização é a energia necessária para a retirada de um elétron de um átomo no estado gasoso.

E qualquer choque entre os reagentes que gera um produto?

O que são colisões entre as moléculas?

O que diz a teoria da colisão?

Quais fatores determinam se uma colisão entre duas moléculas levará a uma reação química?