AULA 5 - ENERGIA DE ATIVAÇÃO DE UMA REAÇÃO

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Determinação da Energia de Ativação de uma Reação
CINÉTICA QUÍMICA
A cinética química é o estudo do comportamento temporal das reações químicas ou seja o estudo da velocidade (taxas) na qual as reações químicas ocorrem.
OBJETIVO: Compreender as reações químicas em sua evolução macroscópica e microscópica ( reações químicas no nível molecular)
COMO OCORRE UMA REAÇÃO ?
Uma reação química ocorre quando três fatores envolvidos no mundo micromolecular acontecem que são:
1 - O choque de uma espécie química com outras ou com as paredes do recipiente na qual a mesma estiver.
2 - A geração de alguma maneira de algum tipo de energia que permita que a espécie química reagente atinja um patamar mínimo de energia para que a reação possa ocorrer.
3 - A posição do choque. (fator muito importante nas reações orgânicas onde estiverem envolvidas substâncias com grandes cadeias)
Em relação a energia de ativação, tem-se que:
A – Reações com energia de ativação muito pequena, isto é, da ordem de 1 Kcal/mol são muito rápidas. Na prática estas reações são instantâneas.
B – Reações com energia de ativação média (algumas dezenas de Kcal/mol) corresponderão a velocidades altas, ou não, conforme a importância do fator geométrico.
C – Reações com Energia de Ativação da ordem de 100 Kcal serão tão lentas na temperatura ambiente que na vida prática até podemos dizer que “a reação não é perceptível”.
Além disto, observa-se que velocidade da reação duplica para cada aumento de 10ºC de temperatura, apenas quando a energia de ativação é de cerca de 12,4 Kcal/mol. 
Fatores que afetam a velocidade de reações
Existem quatro fatores importantes que afetam as
velocidades das reações:
– Estado físico dos reagentes,
– As concentrações dos reagentes,
– A temperatura na qual a reação ocorre
– A presença de um catalisador.
Em física, a velocidade é descrita como o deslocamento de um corpo dividido pelo tempo de sua duração. Porém, a velocidade está muito além de um mero deslocamento no tempo. A rapidez com que um músico toca um instrumento e o carregamento completo da bateria de um celular são exemplos de eventos que possuem uma velocidade atribuída.
Na natureza também encontramos muitos exemplos de diferentes tipos de velocidades. Algumas frutas amadurecem e apodrecem mais rapidamente do que outras, certas folhas secam primeiro que outras e algumas reações químicas acontecem em maior ou menor tempo comparado à outras.
A velocidade das reações químicas (conhecida também como taxa de reação) é também influenciada por fatores externos, tais como a temperatura, luz ambiente, eletricidade, natureza dos reagentes, concentração e o estado particular (estado físico, amorfo, cristalino) em que se encontram, além da pressão e da presença de uma substância chamada catalisador.
Para que ocorra uma reação química entre duas substâncias é necessário o fornecimento de uma certa quantidade mínima de energia conhecida como energia de ativação. A temperatura, a eletricidade e a luz ambiente influenciam de forma muito parecida na reação. Na maioria dos casos, estas favorecem a reação ou aumentam sua velocidade, aumentando sua energia. Essa energia pode resultar no rompimento de ligações químicas e/ou aumentar a energia cinética (movimento) de átomos e moléculas fazendo-os colidir mais frequentemente, produzindo novas moléculas.
ATIVAÇÃO DAS REAÇÕES QUÍMICAS
Quando uma reação química possui uma baixa velocidade e se deseja de alguma forma acelerar esta velocidade, existem várias maneiras pelas quais esta ativação pode ser feita. As formas mais comuns de ativação de uma reação química são através da variação da temperatura ou da introdução de um catalisador no meio reacional. 
ATIVAÇÃO TÉRMICA
O aumento da temperatura do meio reacional faz com que a energia cinética das espécies químicas reagentes se eleve, o que normalmente acelera a quebra de ligações e a formação de novas moléculas.
Uma lei muito antiga, dos primórdios do estudo da Cinética é a Lei de Van´t Hoff:
“Um aumento de 10ºC na temperatura de uma reação dobra a sua velocidade.”
Esta Lei é um referencial pois a maior parte das reações químicas tem um aumento de velocidade de cerca de 1,5 a 2,5 vezes com um aumento de 10°C de temperatura. 
O mais importante é a constatação que um aumento de temperatura provoca um aumento de velocidade da reação. E, destaque-se, um aumento significativo na velocidade. 
A energia de ativação varia dependendo da natureza dos reagentes, ou seja, depende de quais ligações serão quebradas e formadas e quais átomos estão relacionados. O estado particular dos reagentes influencia na velocidade da reação devido à área da superfície de contato. Por exemplo, um cubo de açúcar (sacarose) imerso no café quente possui uma área de contato limitada à área superficial do cubo. A solução então quebra a sacarose em glicose e frutose. Porém, se o açúcar for refinado (em pó), a superfície de contato será maior, pois, estará em contato com várias moléculas, tornando a reação mais rápida.
Uma solução mais concentrada possui mais íons e moléculas livres, o que aumenta a chance de colisão entre estes, resultando numa reação mais rápida. A pressão influencia apenas na reação entre gases. A pressão diminui o volume do gás, o que aumenta a sua concentração, alterando a velocidade de reação.
Existem diferentes tipos de fármacos para auxiliar no tratamento das mais diversas doenças, mal-estares, dores, etc., sendo os mais comuns, comprimidos, encapsulados, cápsulas de gel, gotas e xarope. Os comprimidos e cápsulas, devido ao seu estado físico (sólido) e sua consequente menor superfície de contato, podem levar mais tempo para serem absorvidos pelo organismo, comparados ao xarope e às gotas. Estes, por já estarem em solução e prontos para serem absorvidos, podem rapidamente entrar na corrente sanguínea e serem espalhados pelo corpo.
Agora que sabemos que cada reação possui uma velocidade, é necessário também ter em mente que algumas, por serem mais demoradas, podem não aparentar mudança significativa durante um tempo. Por exemplo, a comida guardada na geladeira, onde a baixa temperatura retarda seu processo de decomposição, ou então um metal exposto ao ar sofrendo enferrujamento (oxidação) lentamente.
Em se tratando de reações mais lentas, ao invés de adicionarmos energia à reação para que ocorra mais rapidamente, podemos adicionar uma substância chamada catalisador. O processo de catálise diminui a energia de ativação fazendo com que a reação aconteça com mais rapidez. A substância catalisadora não reage, ou seja, é possível recuperá-la ao final da reação. É importante lembrar que o catalisador apenas acelera a reação sem alterar seu rendimento, em outras palavras, será obtida a mesma quantidade de produto.
De um modo geral, graças ao processo catalítico, muitos seres vivos existem. Isso porque as células realizam uma série de reações químicas em seu interior, a isso é dado o nome de metabolismo. Essas reações são responsáveis pelo processo de síntese e degradação de nutrientes, permitindo o crescimento e reprodução de novas células.
Diferentes enzimas catalisam diferentes passos da via metabólica. Por exemplo a hidrolase, que catalisa reações através da hidratação, e a protease, que quebra as ligações entre aminoácidos da proteína. A ausência de enzimas na célula deixaria as reações de metabolismo muito lentas, o que alteraria drasticamente a vida como a conhecemos.
Além de catalisadores temos também os inibidores que, opostos aos catalisadores, desaceleram a velocidade da reação. Isso é muito útil quando se quer determinar a velocidade de uma reação muito rápida, sendo mais usado como conservante, mantendo alimentos, bebidas, cosméticos e remédios em bom estado para consumo por mais tempo. Um exemplo bem comum é o formol, usado como conservante de alimentos, mas, também, no embalsamento de cadáveres e conservação de peças anatômicas.
Sendo assim, diante da pergunta “Qual a equação de velocidade de uma reação química quandose conhece apenas a sua estequiometria?, 
a resposta correta é: NÃO SEI !!!
E uma complementação desta resposta é: Para conhecer a equação de velocidade de uma reação química é necessário ter dados experimentais (ou seja, algum tipo de informação) da reação.
Sem informações ou dados experimentais, apenas é POSSIVEL supor a provável equação de velocidade.
VAMOS PARA A AULA PRÁTICA?
Utilização dos dados
1. Calcule o número de mols inicial de persulfato na mistura;
2. Calcule o número de mols inicial de tiossulfato;
3. Calcule o número de mols de persulfato presente no tempo 𝑡.
a. Esse valor corresponde ao número de mols inicial do persulfato menos a quantidade que reagiu.
b. A quantidade que reagiu é obtida pela estequiometria da reação de consumo do persulfato e produção de iodo, em comparação à reação de consumo do iodo pelo tiossulfato.
4. Calcule 𝑘′ para cada tempo de reação. Com os dados de In 𝑘′em função de 1/T obtém-se uma reta que permite o cálculo da energia de ativação e do fator de frequência para a reação entre os íons persulfato e iodeto.
AGORA É A SUA VEZ
DADOS EXPERIMENTAIS