Cinética Química: Velocidade e Fatores

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• Cinética é a parte da química que estuda as velocidades das reações, isto é a rapidez com que os reagentes são consumidos ou a rapidez com que os produtos são formados.
Reações diferentes ocorrem com diferentes velocidades
 • Algumas são instantâneas ou seja, a formação dos produtos ocorre assim que os reagentes são colocados em contato. Ex: combustões, neutralizações em meio aquoso
• Outras processam tão devagar que pode demorar meses ou até anos para se completarem. Ex: fermentações, ferrugem
O exemplo mais simples de uma reação é quando um único reagente se transforma em um único produto: 
A B 
• No instante inicial, a concentração ou a quantidade de A é máxima e vai diminuindo com o decorrer do tempo. A concentração é representada pela fórmula da substância dentro de um colchete.
• Enquanto que no instante inicial a concentração ou a quantidade do produto B é zero e vai aumentando com o decorrer do tempo. 
 
Velocidade média de uma reação
 • A velocidade média de uma reação química pode ser expressa pela razão entre a variação da concentração de um dos reagentes ou de um dos produtos e o intervalo de tempo no qual ocorreu esta variação. 
• Assim a expressão da velocidade pode ser expressão para um reagente ou para um produto desta formas:
 
Condições para ocorrência de uma reação 
• Existem vários fatores responsáveis pela ocorrência de uma reação. 
• A natureza dos reagentes ou afinidade química. Substâncias diferentes podem ou não reagir. Quando reagem é porque existe afinidade química entre elas. Por exemplo, HCl tem afinidade química por AgNO3 . No entanto, não reage com K2SO4 , então pode-se dizer que o HCl não tem afinidade pelo K2SO4
• Contato. Mesmo que duas substâncias tenham afinidade química eles só irão reagir logicamente se houver contato entre eles. Assim HCl e NaOH possuem afinidade química no entanto eles não reagirão se estiverem em frascos separados. 
• Choques eficazes. Todas as reações químicas resultam de choques entre as moléculas reagentes. Mas,nem todos os choques entre as moléculas reagentes resultam na formação dos produtos. Apenas os choques eficazes isto é que ocorrem em uma posição geométrica privilegiada favorável à quebra das ligações nos reagentes e formação das novas ligações nos produtos. 
• Energia de ativação.
da orientação apropriada das moléculas. 
Complexo Ativado
No momento em que ocorre o choque eficaz forma-se uma estrutura intermediária entre reagentes e produtos denominada complexo ativado. No complexo ativado existem ligações enfraquecidas presentes nos reagentes e formação de novas ligações presentes nos produtos.
Reagentes Complexo Ativado Produtos
Reação do tipo:
A + B C + D
EAB = Energia do Complexo Ativado
EA+B = Energia dos Reagentes
EC+D = Energia dos Produtos
Energia de ativação 
 Para que ocorra a formação do complexo ativado as moléculas dos reagentes devem apresentar além da colisão em posição favorável, energia suficiente denominada energia de ativação. Energia mínima necessária que os reagentes devem ter para a formação do complexo ativado.
Podemos entender a energia de ativação como uma barreira que os reagentes devem ultrapassar para chegar no complexo ativado!
Fatores que influenciam a velocidade de uma reação química
Por que abanamos o fogo? Num churrasco (ou numa situação como a da figura ao lado), ao abanarmos o fogo, aumentamos a concentração de gás oxigênio (O2) disponível para ser queimado. Consequentemente, a velocidade da reação aumentará, fazendo com que a labareda aumente!
Para que serve a geladeira? Colocamos alimentos na geladeira para conservá-los. A baixa temperatura da geladeira diminui a velocidade das reações químicas responsáveis por apodrecer alimentos, como carnes e legumes
Se colocarmos as batatas em pequenos pedaços para cozinhar, economizaremos gás de cozinha.
Ao fatiarmos a batata, aumentamos seu contato com a água quente, fazendo com que cozinhe mais rapidamente!
Quanto maior o número de colisões Maior a velocidade
1. Temperatura (T)
Quanto maior a temperatura Maior a agitação Maior o número de choques Maior velocidade.
o cozimento dos alimentos na panela de pressão que cozinha mais rápido, pois na panela de pressão a água ferve a uma temperatura superior a 100ºC.
2. Superfície de contato (SC)
Quanto maior a SC Maior o número de choques Maior velocidade.
Um exemplo que confirma isso é se você colocar para reagir com a mesma quantidade de água um comprimido efervescente inteiro e um triturado
3. Concentração dos reagentes
Quanto maior a concentração dos reagentes maior número de choques Maior velocidade.
Um pedaço de carvão em brasa queima lentamente no ar e rapidamente em oxigênio puro. em razão da concentração de oxigênio no ar atmosférico ser de 20%. Aumentando a concentração para 100% a velocidade de combustão do carvão torna-se bem mais rápida.
4. Catalisador
Aumenta a velocidade das reações, diminuindo a energia de ativação,sem serem efetivamente consumidos.
Atenção: Os catalisadores podem ser regenerados após a reação ocorrer.
Catalisadores fazem parte de nossa vida, como no caso das colas Epóxi, em que uma das massas é o catalisador – que acelera o endurecimento da cola.
A água oxigenada decompõe-se com o tempo, mas quando ela é colocada em contato com o sangue de um machucado, essa reação ocorre com uma velocidade muito maior, o que é visto por meio da formação de bolhas. Isso acontece porque o sangue possui uma enzima denominada catalase que funciona como catalisadora da reação de decomposição da água oxigenada, ou seja, aumenta sua velocidade.
Catalisador Tângara Químico Desenvolvido para acelerar as reações químicas a base de Tioglicolato de Amônio
Benefícios: Acelera as reações químicas a base de Tioglicolato de Amônio em cabelos naturas, coloridos ou descoloridos. Tioglicolato de Amônio – Ativo destinado a aceleração da ação redutora nos processos com Tioglicolato de Amônio. 
Mecanismo de Reação
Sequência em que ocorre uma reação química Conjunto de etapas;
Mecanismo é o conjunto das reações elementares (etapas);
Reação elementar Reação que ocorre numa só etapa.
Somatório das reações elementares = Reação global
Etapa lenta Determina a lei de velocidade
Lei de Velocidade
A velocidade das reações é proporcional às concentrações dos reagentes: aA + bB cC + dD
x, y = Ordens da reação. Expoentes Experimentais;
x + y = Ordem global da reação.
Nas reações elementares, os expoentes x e y são iguais aos coeficientes estequiométricos (a e b):
Molecularidade é o nºde moléculas que se chocam em cada reação elementar. Em reações com mais de uma etapa (com mecanismo), sempre haverá uma etapa lenta e ela determinará a Lei de Velocidade: Os expoentes x e y serão iguais aos coeficientes estequiométricos dos reagentes na etapa lenta.
Exemplo : formação da chuva ácida
Reações reversíveis e irreversíveis
Teoricamente, toda reação química ocorre nos dois sentidos: de reagentes se transformando em produtos e de produtos se transformando de volta em reagentes. Contudo, em certas reações, como a de combustão, virtualmente 100% dos reagentes são convertidos em produtos, e não se observa o contrário ocorrer (ou pelo menos não em escala mensurável); tais reações são chamadas de irreversíveis. Há também uma série de reações nas quais logo que certa quantidade de produto(s) é formada, este(s) torna(m) a dar origem ao(s) reagente(s); essas reações possuem o nome de reversíveis.
Equilíbrio químico Um equilíbrio químico é a situação em que a proporção entre as quantidades de reagentes e produtos em uma reação química se mantém constante ao longo do tempo. A velocidade da reação direta torna-se igual à velocidade da reação inversa. Para que se estabeleça o equilíbrio químico o sistema deve estar fechado e a temperatura e pressão devem se manter constantes. 
Quando uma reação atinge o equilíbrio ela não para. Ela continua se processando, porém tanto a reação direta como a inversa ocorremà mesma velocidade, e desse jeito a proporção entre os reagentes e os produtos não varia. Por outras palavras, estamos na presença de um equilíbrio dinâmico (e não de um equilíbrio estático). No equilíbrio as macroscópicas permanecem constantes, ou seja, externamente não se percebe alteração no sistema, apesar do seu caráter dinâmico. Cor, estado físico, volume, densidade não se modificam com o passar do tempo.
O conceito de equilíbrio químico praticamente restringe-se às reações reversíveis. 
Exemplo: reação reversível é a da produção da amônia: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)O processo de Haber-Bosch para obter amônia recebeu este nome devido aos seus criadores: Fritz Haber (1868 – 1934) e William Carl Bosch (1874 – 1940), no processo estipulado por eles, a amônia é produzida a altas temperaturas (500 °C e pressão de 200 atm). Como se vê, a temperatura e pressão são altíssimas, o que permite obter o produto: a amônia líquida, que pode ser usada como fertilizante para a agricultura ou ainda para diminuir a acidez do solo. Equação do processo:
N2(g) + 3 H2(g) ↔ 2 NH3(g)     
Repare que esta equação é de formação da amônia no estado gasoso, veja agora alguns procedimentos da produção artificial de amônia líquida:
1. Uma mistura gasosa de N2 e H2 é colocada em um reator;
2. Ao reagir e atingir o equilíbrio, a mistura de N2 e H2 é transferida para um condensador;
3. Nesta etapa a amônia formada se encontra no estado gasoso: NH3(g), mas quando passa pelo condensador se converte em líquida;
4. Estando a amônia liquefeita é então retirada e pode ser usada.
A síntese da amônia pelo processo de Haber-Bosch é economicamente viável e vastamente utilizada.
Constante de equilíbrio
Constantes Kc e Kp
Equilíbrio homogêneo e heterogêneo
• Equilíbrio químico no qual todas as substâncias que fazem parte são de mesma fase ou estado físico é chamado de equilíbrio homogêneo. O equilíbrio heterogêneo é aquele no qual uma substância, no mínimo, está em uma fase diferente das outras. Em reações heterogêneas a expressão da constante de equilíbrio não inclui as concentrações dos sólidos. Do mesmo modo, em reações nas quais um reagente ou produto ocorre como uma fase líquida pura, a concentração daquela substância como líquido puro é também constante. Se desejarmos trabalhar com Kp em vez de Kc, uma vez mais necessitamos levar em conta apenas as substâncias presentes em fase gasosa.
Princípio de Chatelier
Deslocamento do equilíbrio
Exemplos: 
Pesquise e responda 
1. Pesquise sobre “catalisadores automotivos”. Qual é a sua função nos automóveis? Como eles agem nos escapamentos dos 
carros? Quais são os benefícios do uso de catalisadores automotivos? Faça uma lista dos materiais poluentes que os veículos 
automotivos lançam no ambiente. Como os seres vivos podem ser afetados pelos agentes poluentes? 
2. O ar puro em nossa atmosfera contém aproximadamente 78% de gás nitrogênio, 21% de gás oxigênio e 1% de outros gases 
tais como o argônio e o gás carbônico (CO2). Sabe-se também que o gás oxigênio é comburente, isto é, alimenta as combustões, 
que sempre são exotérmicas. Em estações mais secas e com poucas chuvas, incêndios são frequentes. Supondo que a 
composição da atmosfera fosse diferente, com 78% de gás oxigênio e 21% de gás nitrogênio. o que você acha que aconteceria
Atividade1 
Entre os exemplos citados abaixo, quais representam reações que, normalmente, temos interesse em acelerar e quais nos 
interessa retardar? 
a. Amadurecimento de frutas. 
b. Queima da madeira. 
c. Formação da ferrugem. 
d. Fermentação do leite. 
e. Decomposição da água oxigenada
Atividade2 
1. Em qual dos locais um pedaço de carne se conserva por mais tempo: sobre a pia, na geladeira ou no freezer? Proponha uma 
explicação para esse fato. 
2. Geralmente, os medicamentos são acondicionados em frascos opacos ou escuros. Explique por quê. 
3. Em muitos frascos de medicamento aparecem as seguintes recomendações: conservar em temperatura ambiente (entre 15 e 
30 ºC). Proteger da luz e umidade. Explique o porquê dessas recomendações. 
4. O que queima mais rápido: 1 Kg de madeira ou 1 kg de serragem? Por quê? 
5. Por que quando você deixa um recipiente de gasolina exposto ao ar atmosférico, que é rico em oxigênio, ela não pega fogo? 
6. Por que as fotografias devem ser reveladas em local escuro? 
7. O que ocorre mais rápido: a formação da ferrugem ou a queima de uma vela? 
8. O que ocorre mais rápido: a queima de uma vela ou a explosão de um botijão de gás de cozinha? 
9. Quando fazemos churrasco é costume de vez em quando alguém abanar as brasas. Proponha uma explicação para este fato. 
10. Por que no mês de agosto é mais frequente a ocorrência de incêndios? 
11. Atualmente todos os carros são obrigados a ter catalisador. Para que serve o catalisador nos carros? Você conhece algum 
outro uso para o catalisador? Qual? 
12. O que queima mais rápido: álcool no estado de vapor ou no estado líquido? Por quê? 
13. Quando alguém está com febre é motivo de muita preocupação. A diminuição da temperatura do corpo também deve ser 
motivo de preocupação? Por quê? 
14. Por que é importante ficarmos atentos aos prazos de validade dos alimentos, medicamentos, cosméticos, etc?