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Cinética Química A Cinética Química estuda as condições e os fatores que podem alterar a velocidade das reações químicas. A Cinética Química é o ramo da Físico-química que estuda a velocidade em que uma reação química ocorre. Uma das formas que a Cinética Química utiliza para calcular a velocidade de qualquer participante de uma reação é por meio da fórmula abaixo: v = Δn ou v = Δ[ ] Δt Δt v = velocidade da reação; Δn = variação do número de mols do participante; Δ[ ] = variação da concentração molar (molaridade) do participante; Δt = variação do tempo. Considere a equação a seguir: aA + bB → cC + dD Com a expressão acima, podemos calcular as velocidades de consumo dos reagentes A e B ou as velocidades de formação dos produtos C e D, o que pode ser feito, por exemplo, em relação ao participante C: vC = ΔnC Δt Se quisermos calcular a velocidade de toda a reação (vr), é necessário dividir a velocidade de um dos participantes pelo seu coeficiente estequiométrico da seguinte forma: vr = vC c Outra forma de calcular a velocidade de uma reação é por meio da lei da velocidade de Guldberg e Waage, que leva em consideração apenas as concentrações molares ([ ]) e a ordem das reações. Ordem de uma Reação No texto “Lei da Velocidade para uma Reação” determinou-se que a lei da velocidade de uma reação é dada pela expressão matemática a seguir, que relaciona as concentrações dos reagentes com a velocidade da reação: v = k [A]α. [B]β Os expoentes nessa equação nem sempre são iguais aos coeficientes da equação química balanceada. A única maneira de se determinar com certeza o expoente na equação da velocidade é fazendo vários experimentos. https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/lei-velocidade-para-uma-reacao.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/lei-velocidade-para-uma-reacao.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/lei-velocidade-para-uma-reacao.htm É importante determinar os coeficientes corretamente, pois eles indicarão a ordem da reação, que é definida da seguinte maneira: A ordem de uma reação também pode ser interpretada em relação a cada reagente: Vejamos um exemplo: 2 NO(g) + 1 Br2(g) → 2 NOBr(g) A reação acima, entre o óxido nítrico e o bromo, ocorre à temperatura de 273ºC. Ao realizar uma série de experimentos, nos quais se alterou a concentração dos reagentes, obtiveram-se os seguintes dados da tabela abaixo: Observe que do experimento 1 para o 2 dobrou-se a concentração do bromo, e o resultado foi que a velocidade da reação também dobrou. Assim, o expoente dessa substância será igual a 1. Já no caso do óxido nítrico, do experimento 3 para o 4, sua concentração também foi dobrada, porém, a velocidade quadruplicou, pois foi de 36 mol. L-1. s-1 para 144 mol. L-1. s-1. Portanto, o seu expoente será 2. Desse modo, temos que a lei da velocidade para essa reação será dada pela seguinte equação: v = k [NO]2. [Br2]1 Assim, essa reação é de: 2ª ordem em relação a NO; 1ª ordem em relação a Br2; 3ª ordem em relação à reação global (soma dos expoentes: 2+1 = 3). Observe que os valores dos expoentes são iguais aos valores dos respectivos coeficientes dessas substâncias na equação química balanceada. Isso se dá porque essa reação é elementar, isto é, ocorre em uma única etapa. Por isso, temos que: No caso de reações não elementares, a etapa lenta será a etapa determinante da ordem da reação. Um exemplo de reação não elementar, que se desenvolve em mais de uma etapa distinta, é a que ocorre entre o gás hidrogênio e o monóxido de nitrogênio para a formação do gás nitrogênio e da água. Essa reação se processa segundo as seguintes etapas: Etapa 1 (lenta): 1 H2(g) + 2 NO(g) → 1 N2Og) + 2 H2O(l) Etapa 2 (rápida): 1 N2Og) + 2 H2O(l) → 1 N2(g) + 2 H2O(l) Equação global: 2 H2(g) + 2 NO(g) → 1 N2(g) + 2 H2O(l) A lei da velocidade e os expoentes dessa reação serão dados pelos coeficientes dos reagentes na etapa lenta. Portanto, temos: v = k [H2]1 . [NO]2 Essa reação é de: 1ª ordem em relação a H2; 2ª ordem em relação a NO; 3ª ordem em relação à reação global (soma dos expoentes: 1+2 = 3). Nesse caso, podemos ver que os coeficientes da equação global não são iguais aos expoentes na expressão da lei da velocidade. Observação: Se acontecer de mudarmos a concentração de uma substância reagente e a velocidade da reação não se alterar, a ordem de reação dessa substância será igual a zero, pois ela não participa da equação da velocidade. Influência da concentração dos reagentes Um dos fatores que interferem na velocidade, rapidez ou taxa de desenvolvimento de uma reação química é a concentração dos reagentes. (o aumento ou a diminuição da quantidade dos participantes da reação); Geralmente, um aumento na concentração dos reagentes aumenta a rapidez de uma reação. https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/influencia-concentracao-na-velocidade-das-reacoes.htm Influência da Concentração na Velocidade das Reações Entre os principais fatores que alteram a velocidade das reações está a concentração dos reagentes. Geralmente, um aumento na concentração dos reagentes aumenta a rapidez de uma reação. Por exemplo, na figura acima vemos que uma palha de aço queima de forma moderada quando está em contato com o ar. Isso ocorre porque é necessário gás oxigênio (O2) para que ela entre em combustão. No entanto, apenas 20% do ar é constituído de moléculas de oxigênio. Já na segunda imagem vemos que a palha de aço está queimando com uma velocidade muito maior, sendo que ela foi colocada em um frasco contendo gás oxigênio puro. Portanto, aumentou-se a concentração do gás oxigênio de 20% para 100%, o que nos permite concluir que o aumento na concentração do reagente aumentou a velocidade da reação. Outro exemplo, que pode ser visto na figura abaixo, é quando colocamos o zinco em uma solução diluída de ácido sulfúrico e em uma solução concentrada. Veja que o zinco que está na solução concentrada de ácido sulfúrico reage muito mais rapidamente: Mas, por que a concentração influencia dessa forma na velocidade das reações? Bom, conforme visto no texto “Teoria das colisões”, para que uma reação se efetive é necessário que ocorram choques ou colisões eficazes entre os átomos dos reagentes. Assim, quando aumentamos a sua concentração haverá uma maior quantidade de moléculas presentes no sistema em um mesmo espaço, o que acarretará em aumento nas suas colisões em um mesmo intervalo de tempo e, consequentemente, uma maior probabilidade de ocorrerem choques efetivos ou eficazes. https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/teoria-das-colisoes.htm Isso pode ser visualizado na figura abaixo, onde se comparando o primeiro sistema com o segundo é possível constatar que o aumento da concentração dos reagentes faz com que haja mais moléculas e mais colisões, aumentando a rapidez da reação. Dessa forma, resumidamente, temos: Embora essa seja uma constatação que se repete para a maioria dos casos, é necessário fazer os cálculos experimentais para determinar a influência da concentração específica em cada reação, pois, em alguns casos, se dobrarmos a concentração dos reagentes a rapidez da reação também dobra, já em outros casos quadriplica e, ainda em outras reações, a velocidade permanece constante. Além disso, em sistemas gasosos, quando se aumenta a pressão é o mesmo que aumentar a concentração, pois haverá um menor espaço ou volume para as moléculas do que havia no sistema anterior ao aumento da pressão. Um aumento na concentração do oxigênio provoca um aumento na velocidade da reação de combustão da palha de aço Isso pode ser visto na reação de decomposição da água oxigenada (solução aquosa de peróxido de hidrogênio): H2O2(l) → H2O(l) + ½ O2(g) A seguir temos uma tabela com dados obtidos experimentalmentee que relaciona a concentração do reagente, em temperatura constante (25ºC) com a velocidade da reação: Observe que do experimento 1 para o 2 dobrou-se a concentração da água oxigenada e o resultado foi que a velocidade da reação de decomposição também dobrou. Já do experimento 1 para o 3, tanto a concentração do reagente como a velocidade da reação quadruplicaram. Isso nos leva a concluir corretamente que a concentração em mol/L é diretamente proporcional à velocidade da reação. Essa relação entre a rapidez de uma reação e as concentrações dos reagentes é dada por uma expressão matemática que é denominada lei da velocidade da reação. Assim, para a reação descrita essa lei é representada da seguinte forma: Nessa equação, k é uma constante característica de cada reação que varia exclusivamente com a temperatura. Veja também que a concentração do reagente é representada por colchetes [ ]. A lei da velocidade de uma reação também é denominada como Lei da Ação das Massas, Equação de Rapidez ou ainda Lei Cinética da Reação. Assim, para uma reação genérica balanceada, temos: aA + bB → cC + dD Os símbolos α e β são expoentes que são determinados experimentalmente. Na reação da água oxigenada mencionada acima o expoente foi igual a 1, que é o mesmo valor do coeficiente dessa substância na reação. Porém, isso não ocorre sempre. Somente em reações elementares, isto é, que se desenvolvem em uma única etapa, é que ocorrerá dos expoentes na expressão da lei da velocidade serem iguais aos respectivos coeficientes.. Entretanto, é importante lembrar que, na prática, isso nem sempre acontece. Quando a reação não é elementar, ocorrendo em mais de uma etapa, é necessário determinar experimentalmente os valores dos expoentes. Isso será determinado pela primeira etapa da reação, que é a fase lenta. Ela é enunciada da seguinte forma: v = K [A]x.[B]y Quando trabalhamos com a Cinética Química, devemos saber que o seu estudo envolve algumas ramificações importantes, tais como: Condições para a ocorrência de reações químicas Algumas condições para a ocorrência de reações químicas são: afinidade entre os reagentes, contato entre eles, colisão efetiva entre suas moléculas e a energia de ativação. A velocidade com que as reações se processam varia muito, e existem alguns fatores que interferem não só nessa velocidade, mas até mesmo na ocorrência dessas reações. Eles são basicamente quatro: contato entre os reagentes, afinidade química, colisões favoráveis e energia de ativação. 1. Contato entre os reagentes: Para que as moléculas dos reagentes possam colidir umas com as outras, é necessário que elas entrem em contato. Por exemplo, o sódio é um elemento metálico que reage com o oxigênio, oxidando-se em minutos quando em contato com o ar. Reage também violentamente com a água, como mostra a imagem abaixo: Reação violenta entre sódio e água quebra recipiente de vidro* Assim, para não entrar em contato com o oxigênio e com a umidade do ar, o sódio metálico é guardado em querosene: 2. Afinidade química: Essa propriedade diz respeito à capacidade que uma substância tem de reagir com a outra, pois mesmo se duas ou mais substâncias forem colocadas em contato, mas não houver afinidade entre elas, não ocorrerá a reação. Não há afinidade química entre o sódio e o querosene, por exemplo, assim como acontece com um giz deixado exposto no ar, eles nunca irão reagir, porque não há afinidade química entre eles, o giz permanecerá intacto. Nesse aspecto ainda há outra questão, o fato de que quanto maior a afinidade entre as substâncias, maior será a velocidade da reação. Por exemplo, ao considerarmos as reações de oxidorredução, essa afinidade corresponde à tendência de ganhar elétrons que um dos reagentes tem e a tendência de perder elétrons do outro reagente. No caso dos metais, eles têm a tendência de doar elétrons, oxidando-se. Quanto maior for essa tendência, maior é a reatividade do metal. Abaixo é mostrada a fila de reatividade dos metais e do hidrogênio: Observe que o ouro (Au) é o metal menos reativo. Esse é um dos principais motivos para que ele seja tão valioso. O ouro é bastante resistente à exposição ao oxigênio e à umidade do ar, bem como ao ataque de ácidos isolados, sendo atacado somente por água régia, que é uma mistura de três partes de ácido clorídrico com uma parte de ácido nítrico. É por isso que muitas peças de ouro, como os sarcófagos do Egito antigo, continuam em ótimas condições até hoje. 3. Teoria das colisões: Para que uma reação química ocorra, as moléculas dos reagentes que entraram em contato devem colidir de modo efetivo. Abaixo é mostrado que nem sempre as colisões entre as moléculas são favoráveis, isto é, resultam na quebra de suas ligações dos reagentes e formação de novas substâncias (produtos): 4. Quanto maior o número de colisões favoráveis, maior será a velocidade da reação química. 5. Energia de ativação (Eat): Para que as colisões sejam favoráveis e resultem em reação química, é necessário que os reagentes possuam uma energia mínima, que é a energia de ativação. A energia de ativação é necessária para a formação do complexo ativado, isto é, uma estrutura intermediária entre os reagentes e os produtos, onde as ligações dos reagentes estão sendo enfraquecidas e as ligações dos produtos estão sendo formadas: Sem a energia de ativação, a reação não acontece. Por exemplo, no caso do sódio com a água, esses reagentes possuem a energia mínima para que a reação entre eles ocorra, por isso, só por estarem em contato, eles já reagem. Agora considere outro caso: o gás propano, presente no gás de cozinha, possui afinidade química com o oxigênio do ar para entrar em combustão. No entanto, tais reagentes não possuem a energia de ativação e é por isso que quando abrimos a válvula do fogareiro, deixando o gás escapar, não acontece reação nenhuma. É preciso fornecer energia para a reação de combustão ocorrer e é isso que é feito quando aproximamos o palito de fósforos. Visto que essa reação de combustão é exotérmica, liberando energia, a reação continua ocorrendo até que pelo menos um dos reagentes seja totalmente consumido. Portanto, quanto menor for a energia de ativação, mais rápida será a velocidade com que a reação se desenvolverá. * Crédito editorial da imagem: Autor: Tavoromann/ Fonte de onde foi extraída: Wikipédia Commons Para que a reação de combustão entre o gás propano e o oxigênio do ar se inicie, é necessário fornecer a energia de ativação http://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=User:Tavoromann&action=edit&redlink=1 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Naatriumi_reaktsioon_veega_purustab_klaasist_anuma.jpg Fatores que afetam a velocidade de uma reação química. Os fatores determinantes para a ocorrência de uma reação química são aqueles que são fundamentais para que ela aconteça, a saber: Afinidade entre os reagentes (capacidade de combinação química entre os átomos dos reagentes); Contato entre os reagentes (os reagentes devem encontrar-se fisicamente para que a reação aconteça). Esses fatores determinantes dependem ainda de outros fatores acessórios, que estão relacionados diretamente com a velocidade em que a reação é processada. Assim, esses fatores acessórios é que determinam se uma certa reação química será rápida, lenta ou instantânea. Eles são: Teoria da colisão (estuda a orientação em que ocorrem os choques entre as moléculas reagentes); Teoria das Colisões A Teoria das Colisões diz que, para que uma reação ocorra, a colisão entre as partículas das substâncias reagentes deve acontecer por meio de uma orientação adequada e com uma energia maior que a energia mínima necessária para a ocorrência da reação. Essa energia mínima que deve ser fornecida aos reagentes é denominada Energia de Ativação (Ea). Sem atingi-la,a reação não ocorre. Quando colocamos duas substâncias em contato, suas partículas começam a colidir umas com as outras. Nem todas as colisões são eficazes, isto é, nem todas dão origem a novos produtos. No entanto, as colisões que rompem as ligações formadas e formam novas ligações, são denominadas colisões eficazes ou efetivas. Essas colisões ocorrem de forma adequada: seu choque é frontal geometricamente e bem orientado. Observe abaixo como isso ocorre: No choque efetivo as moléculas absorvem a quantidade de energia mínima necessária (energia de ativação) para a formação do complexo ativado, ou seja, um estado intermediário (estado de transição) entre os reagentes e os produtos. Nessa https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/teoria-das-colisoes.htm estrutura, as ligações dos reagentes estão enfraquecidas e as dos produtos estão sendo formadas. Observe uma reação genérica que mostra essa formação do complexo ativado abaixo: AB + XY → AX + YB Note que quando ocorre o choque efetivo, forma-se momentaneamente o complexo ativado, no qual as ligações entre os átomos AB e XY estão se rompendo e as ligações que unirão os átomos nas moléculas AX e YB estão se formando. Observe no diagrama que se não for atingida a energia de ativação, não é possível formar o complexo ativado, pois ela serve como uma barreira energética a ser ultrapassada para que a reação química ocorra. Para reações exotérmicas (reações que liberam energia - ?H < 0) e endotérmicas (reações que absorvem energia - ?H > 0), temos os diagramas: Assim, a teoria das colisões explica satisfatoriamente a rapidez com que ocorrem as reações, pois: A teoria das colisões entre as partículas que constituem os reagentes explica satisfatoriamente os fatores que interferem na ocorrência e na rapidez d Energia de ativação (é a energia necessária para a formação do complexo ativado); Complexo ativado (é o composto intermediário formado entre os reagentes e produtos). Energia de Ativação e Complexo Ativado Para que uma reação ocorra, é necessário que os reagentes recebam certa quantidade de energia, que é denominada de energia de ativação. Assim, temos: Por exemplo, na atmosfera existem os gases oxigênio (O2) e nitrogênio (N2). Há um grande número de choques entre suas moléculas, porém, a reação só ocorre quando recebe alguma forma de energia externa, que, no caso, costuma ser fornecida pelas descargas elétricas dos relâmpagos. Assim, quanto maior a energia de ativação, mais difícil será para que a reação ocorra e, consequentemente, ela se dará de forma mais lenta. O contrário também é verdadeiro, reações com uma menor energia de ativação ocorrem com maior velocidade. Isso significa que a energia de ativação é na verdade uma barreira energética a ser ultrapassada para que ocorra a reação química. Quando a energia de ativação é atingida, forma-se primeiro o complexo ativado, que é uma estrutura intermediária e instável entre os reagentes e os produtos. Abaixo temos uma reação genérica que demonstra a formação do complexo ativado: https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/energia-ativacao-complexo-ativado.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/energia-ativacao-complexo-ativado.htm Portanto, a energia de ativação é a menor energia necessária que se deve fornecer aos reagentes para a formação do complexo ativado, resultando na ocorrência da reação. Isso pode ser representado graficamente, conforme mostrado a seguir: Observe abaixo como escrever os digramas tanto para reações endotérmicas como exotérmicas: Um exemplo que pode ser citado é a reação que ocorre entre o monóxido de carbono (CO) e o dióxido de nitrogênio (NO2) para a formação do gás carbônico (dióxido de carbono - CO2) e o óxido de nitrogênio (NO): CO(g) + NO2(g) → CO2(g) + NO(g) Com o estado intermediário (complexo ativado), temos: CO+ NO2 → COONO → CO2 + NO A representação gráfica dessa reação, com o seu complexo ativado e sua energia de ativação, é descrita abaixo: Os relâmpagos fornecem a energia de ativação necessária para que ocorra a reação entre os gases oxigênio e nitrogênio na atmosfera Uma vez conhecida a característica cinética de uma reação química (lenta, rápida ou instantânea), podemos modificar essa característica por meio dos fatores que afetam a velocidade de uma reação, ou seja, podemos fazer, por exemplo, que uma reação lenta seja processada de forma mais rápida. Esses fatores são: Influência da Temperatura (o aumento ou a diminuição da quantidade de calor a que submetemos a reação); Temperatura e velocidade das reações No cotidiano podemos ver inúmeras situações em que a temperatura certamente influencia na rapidez com que as reações químicas se processam. Por exemplo, quando colocamos o feijão para cozinhar na panela de pressão, o aumento da pressão provoca o aumento da temperatura de ebulição do líquido. Assim, a reação (cozimento) ocorre com uma maior velocidade. O contrário acontece ao colocarmos os alimentos na geladeira, pois uma diminuição da temperatura faz com que a decomposição dos alimentos por microrganismos se dê de forma mais lenta. https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/temperatura-velocidade-das-reacoes.htm Mas por que o aumento de temperatura aumenta a reatividade da substância? Isso ocorre porque a temperatura é uma medida da agitação térmica das partículas que compõem uma substância. Isso significa que se aumentarmos a temperatura, a agitação das moléculas também aumentará; e o contrário também é verdadeiro: com a diminuição da temperatura, a agitação das moléculas também diminuirá. Um aumento na agitação das moléculas faz com que elas se movimentem mais rapidamente, aumentando a probabilidade de se colidirem* de forma efetiva e com maior frequência. Como resultado, os reagentes atingirão mais rapidamente o complexo ativado que é o estado intermediário entre os reagentes e os produtos de uma reação. Resumidamente, temos: Isso pode ser visualizado por meio de um gráfico que relaciona a quantidade de uma fração de partículas dos reagentes (é apenas uma fração porque as energias cinéticas de todas as partículas não são iguais) em relação à energia cinética média dessas partículas, em uma determinada temperatura. Abaixo temos dois gráficos: o primeiro estabelece essa relação na reação em uma temperatura T1. Já no segundo, observe o que ocorre quando temos uma temperatura (T2) mais elevada: Observe que, com o aumento da temperatura, ocorre um aumento da energia cinética média das moléculas, havendo uma distribuição dessa energia. Isso faz com que haja mais moléculas com energia suficiente para reagir, o que acarreta no aumento da velocidade da reação. O primeiro cientista que estudou essa influência da temperatura sobre a velocidade das reações foi Jacobus Vant’t Hoff, no final do século XIX. Ele chegou por meio de seus estudos à seguinte regra: Considere uma reação que ocorre com uma velocidade V à temperatura de 5 ºC. Se aumentarmos 10ºC, indo para 15 ºC, a velocidade da reação passará a ser de 2V e assim sucessivamente. No entanto, essa regra não se aplica a todas as reações. Por exemplo, uma exceção está demonstrada abaixo: 2 HI(g) → H2(g) + I2(g) Se inicialmente tivermos essa reação ocorrendo a uma temperatura de 300ºC e elevarmos a temperatura para 500ºC, verificaremos um aumento na velocidade da reação de aproximadamente 25 mil vezes. A temperatura exerce uma grande influência sobre a velocidade das reações Influência da pressão (o aumento ou a diminuição da pressão da força exercida sobre um ponto); Influência da pressão na velocidade das reações A influência da pressão na velocidade das reações é diretamente proporcional, ou seja, com o aumento da pressão, a reação química processa-se mais rapidamente.A taxa de desenvolvimento ou velocidade das reações químicas depende de uma série de fatores, tais como a superfície de contato, o uso ou não de catalisadores, a concentração dos participantes da reação e a variação da temperatura. Para saber mais sobre esses fatores que influenciam na velocidade da reação, aumentando-a ou diminuindo-a, leia os textos a seguir: No entanto, outro fator que interfere na velocidade das reações e que nem sempre é mencionado é a variação da pressão exercida sobre o sistema. Mantendo a temperatura do sistema constante, um aumento da pressão causa um aumento da velocidade das reações químicas e vice-versa. Isso ocorre porque, conforme dito no texto Teoria das Colisões, uma das condições fundamentais para que uma reação ocorra é que as moléculas ou partículas dos reagentes que entraram em contato colidam de modo efetivo, com a orientação correta e com a energia mínima necessária (energia de ativação), resultando na quebra das ligações dos reagentes e formação de novas substâncias (produtos). https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/influencia-pressao-na-velocidade-das-reacoes.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/teoria-das-colisoes.htm Assim, quando aumentamos a pressão sobre o sistema, o volume diminui e as moléculas ou partículas dos reagentes ficam mais próximas umas das outras, o que aumenta a probabilidade de ocorrência de colisões entre essas partículas e, consequentemente, a velocidade da reação aumenta. O aumento da pressão sobre o sistema diminui o volume e acelera a reação Essa influência da pressão na velocidade das reações ocorre em todos os casos, sejam sólidos, líquidos ou gasosos. Porém, no caso dos sólidos e líquidos, essa variação é desprezível e, portanto, o efeito da pressão só é considerável quando todos os participantes da reação encontram-se no estado gasoso. Inclusive, o estado físico também é outro fator que altera a taxa de desenvolvimento de uma reação. A rapidez da reação ocorre na seguinte ordem crescente: sólido < líquido < gasoso As substâncias no estado gasoso reagem com maior velocidade porque elas possuem maior energia, o que lhes confere maior liberdade de movimento e aumenta a probabilidade de ocorrerem colisões favoráveis. A pressão exercida pelo peso sobre os gases afeta a velocidade da reação química entre eles Influência da superfície de contato (o aumento ou a diminuição da área de contato entre os reagentes pode modificar a velocidade da reação); Influência da superfície de contato na velocidade das reações O que enferruja mais depressa: uma palha de aço ou um prego? Sabemos que a palha de aço enferruja com mais rapidez, porém, por que isso ocorre, se o constituinte principal em ambos os casos é o ferro? Para responder essa pergunta devemos analisar um fator muito importante que influencia na velocidade das reações, que é a superfície de contato. Uma reação química ocorre em virtude das colisões entre as partículas da superfície do material, assim, quanto maior for a superfície de contato dos reagentes envolvidos, maior será a taxa de desenvolvimento da reação e vice-versa. Isso significa que com uma superfície de contato maior, haverá mais partículas entrando em colisão e aumentará a probabilidade desses choques serem efetivos, ou seja, de resultarem na quebra das ligações dos reagentes e na formação de novas ligações, originando os produtos. Assim, podemos entender porque a palha de aço enferruja mais rápido que o prego: ela possui maior superfície de contato com o oxigênio do ar, o que acelera a reação de oxidação. Isso também pode ser verificado em outros casos: se colocarmos um comprimido efervescente intacto em um recipiente com água, e em outro frasco com água colocarmos um comprimido transformado em pó, observaremos que o que foi adicionado em pó reagirá bem mais rápido, pois os grãos oferecem maior superfície de contato com a água. https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/influencia-superficie-contato-na-velocidade-das-reacoes.htm Resumidamente, temos: A superfície de contato da palha de aço é maior, por isso ela enferruja mais rápido que o prego Influência da natureza dos reagentes (a maior ou menor presença de ligações a serem rompidas durante uma reação); Influência da luz (o aumento ou diminuição da intensidade da luz ou, talvez, até a sua ausência pode modificar a velocidade); Influência da eletricidade (a presença da corrente elétrica pode modificar a velocidade); Influência dos catalisadores (a presença de um catalisador diminui a energia de ativação e, consequentemente, aumenta a velocidade de uma reação). https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/catalisadores.htm Catalisadores Os catalisadores cumprem a importante tarefa de fazer com que as moléculas presentes em uma reação reajam com uma velocidade maior. A velocidade de um grande número de reações é influenciada pela presença dessas substâncias, elas aceleram a reação e não influenciam na composição e nem na quantidade do produto final da reação, isto é, permanecem quimicamente inalteradas no processo. Princípio de utilização: os catalisadores possibilitam um novo caminho para a reação. Esse caminho alternativo exige menor energia de ativação, fazendo com que a reação se processe de maneira mais rápida. No final do processo o catalisador é devolvido sem sofrer alteração permanente, ou seja, ele não é consumido durante a reação. Estima-se que cerca de 80% dos produtos orgânicos produzidos atualmente sejam obtidos com o auxílio de catalisadores. A área Petroquímica garante a economia na fabricação de seus produtos graças a estes reagentes adicionados durante o processo. E não pense que é fácil produzir um catalisador, eles são produzidos por indústrias especializadas e exigem uma alta tecnologia para chegarem ao padrão de qualidade. Catálise Catálise é a denominação dada à reação que ocorre na presença de um catalisador. Catalisador é a espécie química que faz com que as moléculas reagentes reajam com uma velocidade maior, ou seja, eles aceleram a reação. Se reunirmos estas duas definições poderíamos conceituá-las do seguinte modo: Catalisadores são espécies químicas que possuem a propriedade de aumentar a velocidade de uma reação sem que esta sofra alterações permanentes, tanto no que diz respeito à composição química como à quantidade. Catálise é o nome dado a estas reações que acontecem na presença de catalisadores. O sistema formado pelo catalisador e os reagentes determina como a catálise vai ocorrer. Catálise homogênea: nesta catálise, o catalisador e os reagentes constituem uma única fase. NO (g) 2 SO2 (g) + O2 (g) → 2 SO3 (g) Catalisador da reação: NO gasoso. Reagentes: SO2 gasoso e O2 gasoso. Observe que o catalisador e os reagentes possuem uma só fase (gás), ou seja, o sistema é monofásico. Catálise heterogênea: o catalisador e os reagentes possuem mais de uma fase neste tipo de catálise. Pt (s) 2 SO2 (g) + O2 (g) → 2 SO3 (g) Catalisador da reação: Pt sólido. Reagentes: SO2 gasoso e O2 gasoso. Neste caso o sistema é formado pela mistura de SO2, O2 e Pt, sendo assim é difásico porque possui duas fases: gás e sólido. Um pouco de história Os cientistas Jöns Jakob Berzelius e Wilhelm Ostwald deram início aos estudos sobre catalisadores no início do século XIX. Veja a evolução ao longo dos anos: Em 1912 foi a vez do craking térmico, produzido exclusivamente pelo calor, já em 1936 introduziu-se a argila (silicato natural de alumínio) como catalisador. E em 1954 a produção se aprimorou com a chegada dos zeólitos: silicatos mistos de alumínio e metais alcalinos obtidos sinteticamente. Atualmente o comércio de catalisadores vem crescendo de uma forma considerável, a utilizaçãose dá principalmente em refinarias de petróleo, na produção de plásticos e polímeros em geral, e para outras indústrias químicas.
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