CINÉTICA QUÍMICA

Prévia do material em texto

Cinética química
A cinética química é uma área da Química que busca estudar e compreender a
velocidade das reações químicas.Conhecer e controlar a velocidade de uma reação
química é essencial no trabalho do químico.
A cinética química é uma subárea da Química que estuda a velocidade das reações
químicas, bem como mecanismos para seu controle. É por meio do estudo da
cinética que se desenvolvem modelos matemáticos para entender a velocidade de
consumo de um reagente ou de geração de um produto em uma reação química.
O estudo da cinética química permite que saibamos os fatores capazes de alterar a
velocidade de uma reação química, seja para torná-la mais rápida ou então mais
lenta. A compreensão desse campo é essencial para o desenvolvimento de diversas
áreas industriais, como a farmacêutica, a de petróleo e gás, a automotiva, entre
outras.
Resumo sobre cinética química
● A cinética química é uma área da Físico-Química que estuda a velocidade
dos processos químicos, bem como mecanismos de controle para tal.
● A velocidade de uma reação química tem relação com a quantidade de
reagente consumido ou de produto gerado em um determinado intervalo de
tempo.
● É comum estabelecer modelos de estudo de velocidade por meio da
velocidade inicial de consumo de reagente.
● A cinética química busca, por meio da teoria das colisões, explicar as
condições necessárias para a ocorrência de uma reação química.
● Entre os mecanismos de controle para a velocidade de uma reação química
estão os fatores capazes de alterar a velocidade da reação química: a
concentração, a temperatura, a superfície de contato e o catalisador.
● Catalisadores são substâncias químicas que diminuem a energia de ativação
da reação química ao estabelecer uma nova rota reacional no meio. Ao fim,
não são consumidos, já que são regenerados.
● A cinética química é importante para campos diversos, como para a indústria
farmacêutica.
O que é cinética química?
Cinética química é a área da Química, mais especificamente da Físico-Química, que
se preocupa em estudar e compreender a velocidade com que as reações químicas
ocorrem e suas formas de controle.
https://brasilescola.uol.com.br/quimica/
https://brasilescola.uol.com.br/quimica/fisico-quimica.htm
https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/quimica/o-que-e-uma-reacao-quimica.htm
O que a cinética química estuda?
A cinética química estuda a velocidade com que se desenvolve uma reação
química, bem como os fatores capazes de controlar a progressão de uma reação,
seja para retardá-la, seja para acelerá-la.
Essa área da Físico-Química existe porque a Termodinâmica, apesar de ser muito
importante para os sistemas químicos, não possui apenas a capacidade de
determinar se um processo químico é espontâneo ou não.
Alguns processos, mesmo sendo termodinamicamente favoráveis (ou seja,
espontâneos), praticamente não ocorrem, como é o caso da decomposição do
benzeno em carbono e hidrogênio, por exemplo. Isso tudo porque a Termodinâmica
não estuda ou prevê os detalhes da progressão de um processo químico, algo que é
competência da área de cinética química.
Velocidade das reações químicas
Em geral, a velocidade é definida como a variação de uma propriedade dentro de
um intervalo de tempo. Na Física, por exemplo, mede-se velocidade quando se
afere a variação da posição de um corpo, ou seja, qual a distância percorrida dentro
de um intervalo de tempo. Em Química, de forma distinta, a velocidade de uma
reação química avalia a variação da concentração de um participante, seja reagente
ou produto, dentro de um intervalo de tempo.
→ Velocidade média da reação química
É bem verdade que a velocidade de consumo de um reagente (R) ou de geração de
produto (P) muda com o tempo, e, por isso, é interessante que se trabalhe com a
velocidade média da reação química (Vm),.
Perceba que a velocidade média para o reagente possui um sinal negativo antes.
Isso porque como o reagente é consumido, a variação da concentração é negativa,
e como não se admitem valores negativos para a velocidade, deve-se incluir o sinal
para correção.
Dentro de uma reação química, contudo, os reagentes e produtos são consumidos
ou gerados mediante uma proporção estequiométrica. Por exemplo, na reação de
síntese da amônia:N2 + 3 H2 ⇌ 2 NH3
→ Lei da velocidade
Uma das principais formas de estudo da tendência da velocidade de uma reação
química é por meio das velocidades iniciais. Isso porque no início de uma reação
https://brasilescola.uol.com.br/quimica/velocidade-das-reacoes-quimicas.htm
https://brasilescola.uol.com.br/quimica/velocidade-das-reacoes-quimicas.htm
https://brasilescola.uol.com.br/quimica/benzeno.htm
https://brasilescola.uol.com.br/quimica/carbono.htm
https://brasilescola.uol.com.br/quimica/hidrogenio.htm
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/
https://brasilescola.uol.com.br/quimica/amonia-nh3.htm
química, a concentração dos produtos é igual a zero. Dessa forma, pode-se excluir
a interferência dos produtos na velocidade da reação, simplificando o entendimento
e os cálculos. Observe, a seguir, uma reação hipotética:
AB → A + B
Experimentalmente, sabe-se que quanto maior a concentração inicial do reagente,
maior a velocidade de consumo deste. Assim, pode-se dizer que
Velocidade inicial de consumo de AB∝ [AB]inicial
O símbolo∝ significa “proporcional a”. Para retirar a proporcionalidade e
transformar essa leitura em uma igualdade, usa-se uma constante de
proporcionalidade, conhecida como constante de velocidade, representada pela
letra k:
Velocidade inicial de consumo de AB = k ∙ [AB]
A constante k é exclusiva de cada reação, ou seja, ela varia de acordo com o
processo químico estudado. Em um mesmo processo químico, o valor de k só se
altera com a mudança da temperatura em que a reação química ocorre. Perceba
que a variação da concentração de AB em função da velocidade inicial de consumo
é uma equação de primeiro grau, ou seja, uma relação linear.
Porém, para alguns processos químicos, essa relação pode ser qualquer uma —
como, por exemplo, quadrática, cúbica ou simplesmente sem relação. Ou seja, a
velocidade de consumo é constante e só depende do valor de k. Então, de modo
geral, uma lei de velocidade para um processo químico com n reagentes (R) pode
ser escrita como:
Velocidade = k ∙ [R1]a ∙ [R2]b ∙ ... ∙ [Rn]n
Os expoentes são conhecidos como “ordem” e podem ser qualquer número inteiro
positivo, além do 0 — ou seja, 0, 1, 2, 3 e assim sucessivamente —, não
necessariamente diferentes um do outro, podendo ser iguais também.
As ordens de cada reagente são determinadas experimentalmente, mediante a
avaliação das velocidades em situações diversas. Contudo, em dois casos é
possível determinar o valor dessas ordens de maneira direta: quando a reação
ocorre em uma única etapa (chamada de reação elementar) ou quando a etapa
lenta da reação química é conhecida. Nesses casos, a ordem é numericamente
igual aos coeficientes estequiométricos da equação química.
Teoria das colisões
A teoria das colisões é um modelo para descrever como ocorrem reações químicas
em nível molecular. Segundo essa teoria, as reações químicas só podem ocorrer se
https://brasilescola.uol.com.br/matematica/equacao-do-1-grau.htm
https://brasilescola.uol.com.br/quimica/lei-velocidade-das-reacoes-quimicas.htm
https://brasilescola.uol.com.br/quimica/energia-cinetica-teoria-colisao.htm
as partículas dos reagentes se encontrarem, colidindo entre si. É interessante
pensar que as partículas podem ser consideradas como bolas de bilhar.
Contudo, nem toda colisão necessariamente implica uma reação química. Para que
esta seja efetiva, dois fatores devem ser considerados: a geometria das colisões e
também a energia cinética das colisões.
A geometria de uma colisão diz respeito à orientação das colisões, ou seja, se as
moléculas se chocarão no ângulo correto. Imagine a seguinte reação:
H2 + I2 → 2 HI
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-cinetica.htm