Introdução à Cinética das Reações Químicas

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Introdução à Cinética das Reações
Químicas
ESTUDAR A VELOCIDADE DAS REAÇÕES QUÍMICAS E CONHECER COMO O ESTADO FÍSICO DOS
REAGENTES, A SUPERFÍCIE DE CONTATO, A TEMPERATURA, A CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES, A
PRESSÃO, A APLICAÇÃO DE LUZ OU ELETRICIDADE E O USO DE CATALISADORES PODEM ALTERAR A
VELOCIDADE DESTAS REAÇÕES QUÍMICAS.
Quando ocorre uma reação química os reagentes se transformam em produtos.
A Cinética Química é o ramo da química que estuda a velocidade das reações químicas e os fatores que
interferem na velocidade destas reações.
Algumas transformações ocorrem tão rapidamente (como uma explosão, que pode levar milésimos de
segundos para acontecer) que é quase impossível medir a variação das quantidades dos reagentes e/ou
produtos com o decorrer do tempo. Outras transformações são tão lentas que o tempo necessário para que
ocorra uma alteração nas quantidades das substâncias envolvidas é extremamente longo (como as reações
químicas que deram origem ao petróleo a partir da decomposição de material orgânico).
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Conforme transcorre o tempo, a quantidade dos reagentes que vão sofrer transformações vai diminuindo e a
quantidade dos produtos vai aumentando. Isso pode ser exemplificado em um gráfico como se vê nas curvas
seguintes.
 
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Para estudar a velocidade das reações químicas medimos a variação da quantidade de reagente que foi
consumido ou a variação da quantidade de produto formado com o passar do tempo.
As quantidades das substâncias podem ser medidas em: quantidade de matéria (mol), concentração molar
(mol/L), volume (no caso de gases), pressão (no caso de gases) ou massa.
Por exemplo, considere a seguinte reação química genérica:
A velocidade média de formação da substância C, por exemplo, pode ser dada por:
Onde [C] e [C] correspondem, respectivamente, à concentração molar final e inicial da substância C,
e tf eti correspondem, respectivamente, ao tempo final e inicial do intervalo analisado. Por exemplo, se na
reação citada a concentração de C passar de 20,0 para 32,5 mol/Ldo 5º para o 10º minuto da reação, temos:
final inicial
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É importante notar que a velocidade pode ser trabalhada em módulo ou não. Se a opção for por não utilizar
os resultados em módulo teremos a seguinte interpretação dos sinais:
Velocidade positiva: quando o valor da velocidade for positivo trata-se da velocidade de produção da
substância, ou seja, estamos determinando com qual velocidade uma substância é produzida.
Velocidade negativa: quando o valor da velocidade for negativo trata-se da velocidade de consumo da
substância, ou seja, estamos determinando com qual velocidade uma substância está sendo consumida.
Condições para que Ocorra Reação Química
Para que uma reação química se inicie é necessário que algumas condições sejam satisfeitas:
1. Os reagentes devem estar em contato, o que depende de seu estado de agregação ou dispersão.
2. É preciso que haja afinidade química entre os reagentes, ou seja, tendência natural para reagirem. Quanto
maior for a afinidade química, maior será a tendência de reação entre os reagentes. A afinidade depende da
natureza dos reagentes.
3. Deve haver colisões eficazes entre as moléculas dos reagentes. Quanto mais frequentes os choques
eficazes entre os reagentes, maior será a probabilidade de ocorrer a reação. 
 Teoria das Colisões Eficazes
Estudando a forma como as moléculas dos reagentes se quebram para formar as moléculas dos produtos,
descobriu-se que alguns fatores são determinantes na velocidade reações químicas:
Quantidade de energia: existe uma energia mínima necessária para que a reação química aconteça.
Isso ocorre porque para quebrar as ligações que estão formando as moléculas dos reagentes é necessário
que o sistema disponha de uma energia considerável – a chamada “energia de ativação”, que é a energia
suficiente para que seja vencida a barreira energética natural que separa os regentes dos produtos.
Quanto menor for a energia de ativação, mais fácil será a transformação de reagentes em produtos; e
quanto maior for a energia de ativação, mais difícil será a transformação de reagentes em produtos.  
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Quando a energia fornecida aos reagentes é igual ou maior que a “energia de ativação”, forma-se o
complexo ativado. Teoricamente o complexo ativado é uma estrutura intermediária instantânea, altamente
energética, na qual as ligações que formam as moléculas dos reagentes estão se quebrando no mesmo
instante em que as ligações químicas dos produtos já estão se formando. A figura seguinte mostra um
esquema no qual as moléculas de H e I colidem formando inicialmente o complexo ativado e logo depois
dando origem às duas moléculas de HI, ou seja, os produtos.
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Orientação das moléculas: outro fator determinante na velocidade de uma reação química é a orientação
apropriada das moléculas no instante da colisão. Esse fator depende também do tamanho e do formato das
moléculas reagentes. Se as moléculas dos reagentes colidirem na orientação apropriada, haverá ocorrência
do complexo ativado com consequente formação dos produtos.
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Quanto maior for o número de colisões entre as moléculas, maior é a probabilidade de ocorrerem colisões
nas quais a quantidade de energia é suficiente e nas quais a orientação é apropriada, o que aumenta a
probabilidade de formação de produto, aumentando a velocidade da reação química.
Conclusão: uma colisão eficaz entre moléculas dos reagentes é aquela que ocorre com orientação
apropriada e energia mínima para formar o complexo ativado. Uma colisão eficaz é assim chamada porque
dará origem a produtos. Qualquer colisão que ocorra com energia inferior à energia de ativação ou com
orientação inapropriada não dará origem à produtos e por isso é classificada como colisão “não eficaz”.
Assim sendo, todos os fatores que aumentam a velocidade das moléculas e a quantidade de choques entre
elas irão favorecer e aumentar a velocidade das reações químicas: o aumento de temperatura, o aumento da
pressão em reações nas quais participam substâncias no estado gasoso, o estado de agregação das
moléculas, o aumento da concentração dos reagentes, a presença de luz ou eletricidade etc. 
Fatores que interferem na velocidade de uma reação
química
Já vimos que sem colisões entre os reagentes não há reações químicas. Assim sendo, qualquer fator que
interfira nas colisões entre os reagentes irá interferir na velocidade da reação química.
Estado físico e superfície de contato: os gases reagem mais facilmente que os líquidos e estes reagem mais
facilmente que os sólidos. Isto ocorre devido a velocidade de deslocamento das moléculas que é maior nos
gases e líquidos, o que facilita as colisões entre as partículas e aumenta a velocidade das reações. Se numa
reação há reagentes em fases diferentes, o aumento da superfície de contato entre eles aumenta a
velocidade das reações. Considere por exemplo uma reação entre uma substância sólida e uma líquida:
quanto menores forem as partículas do sólido, maior será a área de superfíciesólida e portanto maior a
superfície de contato entre as partículas de ambas as substâncias, e portanto maior é a possibilidade de
essas partículas colidirem umas com as outras. Um exemplo é quando dissolvemos um comprimido de
Sonrisal® triturado e ele se dissolve mais rapidamente do que se estivesse inteiro; isto acontece porque
aumentamos a superfície de contato que reage com a água. Outros exemplos: quando mastigamos um
alimento ele é reduzido a muitos pedaços pequenos, não só para facilitar a deglutição como para melhorar
o processo digestivo, pois aumentando sua superfície de contato com os ácidos estomacais a velocidade do
processo de digestão será aumentada; pelo mesmo motivo o carvão em pedaços pequenos é bem mais fácil
de ser aceso do que em pedaços grandes, pois em pedaços pequenos a área de superfície de contato com o
oxigênio do ar é maior, aumentando a velocidade da reação de combustão.
Temperatura: A curva abaixo mostra a distribuição de energia cinética das moléculas de um gás ou um
líquido em uma determinada temperatura T.
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O estudo da curva de distribuição da energia cinética mostra que apenas uma parte das moléculas do
sistema possui energia cinética maior ou igual à energia de ativação (Ea) na temperatura de trabalho T1,
conforme se pode observar na imagem seguinte.
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Portanto, somente poucas moléculas é que estarão em condições de ter colisões eficazes e formar produtos,
ou seja, a velocidade da reação será pequena. No entanto, se a temperatura for aumentada para T2, a curva
da distribuição da energia cinética das moléculas muda, como se pode observar na figura seguinte e assim
muda também a quantidade de moléculas que consegue ter energia cinética maior ou igual à Energia de
Ativação.
Portanto podemos afirmar que, quando a temperatura é aumentada de T1 para T2, uma quantidade maior
de moléculas terá energia cinética maior ou igual à energia de ativação, e mais moléculas poderão formar o
complexo ativado e dar origem aos produtos e assim será aumentada a velocidade da reação química.
Concluindo: quanto maior for a temperatura, maior a energia cinética das moléculas e maior a velocidade
das partículas, portanto mais intensos serão os choques entre as partículas e maior será o número de
colisões eficazes e, consequentemente, maior será a velocidade das reações químicas.
Concentração dos reagentes:- Sabe-se que para que haja reação química entre duas substâncias “A” e “B” é
preciso que haja colisões entre suas moléculas. Durante estas colisões quebram-se as ligações existentes
nos reagentes e formam-se as novas ligações químicas dos produtos. O número de colisões irá depender
das concentrações de A e B.
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Quanto maior for o número de moléculas de reagentes no frasco reacional maior será o número de colisões
entre elas. Se aumenta o número de colisões, maior será a probabilidade de haver colisões eficazes, e assim
maior será a probabilidade de formação de produto, com consequente aumento da velocidade da reação
química.
Assim, a velocidade de uma reação genérica entre os reagentes A e B é dada por: V = K . [A] . [B ] onde
k é uma constante de velocidade e os expoentes m e n são determinados experimentalmente.
Para as reações químicas que ocorrem em uma única etapa os expoentes m e n, determinados na prática,
coincidem com os coeficientes estequiométricos da reação. Esse é o caso de muitas reações químicas.
Pressão:- A pressão só influencia de forma relevante a velocidade da reação química quando houver ao
menos uma substância gasosa como reagente. Um aumento de pressão num sistema reacional implica em
um contato maior entre os reagentes, pois o volume disponível para as moléculas diminui, e assim haverá
um número maior de partículas reagentes por unidade de volume (a concentração aumenta),
possibilitando um maior número de colisões entre as partículas. Consequentemente a velocidade da
reação se torna maior.
reação
m n
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Efeito da luz e da eletricidade:- Quando é necessária a presença de radiação luminosa para que uma reação
química aconteça, dizemos que se trata de uma reação fotoquímica. Por exemplo, na fotossíntese (reação
química através da qual as plantas capturam dióxido de carbono, água e energia e sintetizam
carbohidratos para sua sobrevivência com liberação de oxigênio para a atmosfera) ocorre a reação
representada pela equação:
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Nessa reação a luz é essencial porque é ela que fornece a energia de ativação necessária ao processo. Outra
reação química na qual a luz participa é a redução de sais de prata nos processos fotográficos:
Assim como muitas reações são ativadas pela luz, há também reações que são ativadas pela eletricidade ou
passagem de corrente elétrica. A combustão da gasolina nos motores dos automóveis, por exemplo, ocorre
quando a faísca elétrica, transmitida pela vela, fornece a energia de ativação necessária. Outro exemplo de
reação química que ocorre quando ativada por descarga elétrica é a síntese da água a partir de hidrogênio e
oxigênio. Caso estes gases estejam apenas em contato, não ocorre a reação, mas quando há uma faísca
elétrica nesta mistura gasosa, a reação é explosiva.
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Catalisadores:- Outro fator que influi na velocidade das reações é presença de catalisadores. Chama-se
catalisador uma substância que modifica a velocidade de uma reação sem sofrer qualquer alteração
qualitativa ou quantitativa permanente, ou seja, uma substância que atua por sua simples presença e ao
final do processo reacional se regenera completamente. A catálise é necessária quando a energia de
ativação de uma reação for razoavelmente alta e portanto somente uma pequena fração das colisões entre
as moléculas dos reagentes leva a formação de produtos, em temperaturas normais.
Um catalisador altera a rota da reação, sendo capaz de diminuir a energia do complexo ativado, diminuindo
então a energia de ativação da reação química em questão. Assim sendo, uma fração maior das moléculas
de reagentes poderá cruzar a barreira de energia mais baixa da trajetória catalisada e se transformar em
produtos, como se pode observar no gráfico seguinte. 
Muitos processos bioquímicos do nosso organismo são catalisados por substâncias proteicas complexas
chamadas enzimas, cujo poder catalítico é elevado, aumentando a velocidade de reação em até milhões de
vezes.
SITES
http://www.iq.ufrgs.br/ead/fisicoquimica/cineticaquimica/reacoes.html
(http://www.iq.ufrgs.br/ead/fisicoquimica/cineticaquimica/reacoes.html)  consultado em
17/11/2013
http://www.proenc.iq.unesp.br/index.php/quimica/63-cinetica-quimica
(http://www.proenc.iq.unesp.br/index.php/quimica/63-cinetica-quimica)  consultado em
17/11/2013
 
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ATIVIDADE FINAL
Uma reação química está sendo estudada em ambiente fechado e a
substância "X" é participante do sistema. Dados a respeito da variação
da concentração molar da substância "X" em função do tempo foram
recolhidos e plotados no gráfico seguinte. A respeito da substância "X" é
correto afirmar que: 
 
A. Trata-se de um produto da reação 
B. Trata-se de um reagente 
C. Trata-se de um catalisadorD. Trata-se de uma substância inerte 
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Os dados que compõem o gráfico seguinte foram recolhidos para uma
mesma reação química, em duas ocasiões: com e sem catalisador. A
respeito deste gráfico assinale a afirmativa correta:  
 
A. A diferença entre a energia dos produtos e a energia dos reagentes da reação estudada é igual a 80
kcal/mol tanto para o processo catalisado como para o processo sem catálise. 
B. A energia de ativação da reação não catalisada é igual a 50 kcal/mol  
C. A energia do complexo ativado da reação catalisada é 65 kcal/mol e a energia do complexo ativado
para a reação sem catalisador é de 90 kcal/mol  
D. A energia de ativação da reação catalisada é igual a 65 kcal/mol.  
REFERÊNCIA
 ATKINS, P. W.  Físico-Química. Vol. 1. 6ª Ed. Rio de Janeiro: L. T. C. Editora S.A., 1999. 252 p.
 
 ATKINS, P. W.  Físico-Química. Vol. 2. 6ª Ed. Rio de Janeiro: L. T. C. Editora S.A., 1999. 382 p.
 
ATKINS, P. W.  Físico-Química. Vol. 3. 6ª Ed. Rio de Janeiro: L. T. C. Editora S.A., 1999. 159 p.
 
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CASTELLAN, G. Fundamentos de Físico-Química.  Rio de Janeiro: L. T. C. Editora S.A., 1986. 482 p.
 
REIS, Martha. Completamente química. v.2. São Paulo: FDT, 2006.
 
USBERCO, S. SALVADOR, E. Química. 5ª Ed.São Paulo: Saraiva, 2002
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