Cinética química: fatores que influenciam na velocidade de uma reação

OI, meus apaixonados por conhecimento!! Tudo beleza?

Essa semana vamos começar um assunto novo: cinética química! Mas pera-lá, não me abandonem que o assunto é batuta e bem importante para se entender esse lance de reação química, ok?

cinética química estuda a velocidade com que as reações químicas ocorrem e os fatores que influenciam na alteração desta. Ou seja, estuda a quantidade de reagente consumido e produto formado ao longo do tempo e como esses valores variam de acordo com alguns fatores, que eu explico daqui a pouco.

Mas pera que ainda tá difícil de entender! Vou dar um exemplo: quando a gente assa uma coxinha no forno a assadeira fica só o pó depois, cheia de gordura grudada, não é? Tem vários jeitos de limpar essa assadeira, mas dois são muito comuns: 1) você enche a assadeira com água fria e detergente e deixa de molho ou 2) você coloca a assadeira cheia de água e detergente pra esquentar na boca do fogão.

Se você já lavou louça antes (se não lavou, toma vergonha na cara e aprende a lavar que é experiência de vida!! =P), por experiência própria sabe que a segunda forma de limpar a assadeira faz com que a gordura saia bem mais fácil (não há necessidade de esfregar tanto a assadeira), pois enquanto no primeiro caso você precisa às vezes de horas de molho pra conseguir desgrudar a gordura, no segundo você já consegue tirar após alguns minutos de aquecimento da água com detergente.

Então, em ambos os casos nós conseguimos tirar a gordura a partir de uma interação entre as partículas de gordura, o detergente e a água, mas a velocidade com que essa interação ocorre é muito maior no caso 2, o que ocasiona o “desprendimento” mais rápido da gordura. Poderíamos dizer que a velocidade com que o as moléculas de detergente interagem com as partículas de gordura é maior no segundo caso. Nesta situação não temos uma reação química, pois não há formação de novos produtos, mas podemos descrever o fenômeno ocorrido da seguinte forma: as moléculas de sabão interagem com a gordura, ligando-se de certa forma a esta; as moléculas de sabão também interagem com a água que as arrasta pia abaixo, como a gordura está de certa forma “ligada” ao sabão, ela vai junto (embora não se “misture” com a água sem o auxílio do sabão).

Então, pensando nesse exemplo acima, a cinética química estuda justamente estas questões: qual a velocidade de uma reação, como medir essa velocidade (pela variação na concentração dos participantes – no caso, as partículas que interagem) e quais fatores levam a alteração destas (por que a maior temperatura aumenta a velocidade com que as partículas interagem?). Lembrando que nesse exemplo nem houve uma reação química, pois não há formação de nova substância (houve só o surgimento de um novo sistema em que as partículas de gordura e água, que antes não se “misturavam” passam a fazê-lo com o auxílio do sabão).

Vamos tentar visualizar a situação agora quando se trata de uma reação química, beleza?

choques efetivos

Para entendermos esse lance de cinética direito a gente tem que entender primeiro quais as condições necessárias para ocorrer uma reação química, considerando o movimento e interação entre as partículas envolvidas neste processo.

Vamos pensar na reação entre o gás cloro e o gás hidrogênio, gerando cloreto de hidrogênio:

 

Então, para a reação ocorrer há a necessidade de um rearranjo molecular (conceito já explicado em post anterior), ou seja, os átomos constituintes das moléculas de reagentes têm suas ligações quebradas e se ligam novamente de uma nova forma, dando origem à novas moléculas). A questão é que existe uma condição ideal para a quebra e formação de novas ligações.

Primeiro de tudo, diferente da representação mostrada acima no qual as moléculas de gás dos reagentes da reação (gases cloro e hidrogênio) encontram-se paradas, a situação real é que estas encontram-se em movimento caótico e desorganizado no espaço e, não há só a quantidade ideal de moléculas de ambos os gases se movimentando, mas sim milhares delas.

O que acontece, é que durante sua trajetória, algumas moléculas colidem entre si e é durante estas colisões (ou choques) que as moléculas podem encontrar as condições ideais para a reação ocorrer, ou seja, para os átomos se reorganizarem. Chamamos estas colisões que levam à formação do produto de choques efetivos. 

Mas, preste atenção, nem todo choque entre moléculas é efetivo, para que seja o caso, ele precisa atender a algumas condições que permitem a formação do complexo ativado, um estado intermediário formado durante os choques efetivos, a partir do qual serão formados os produtos, nele as ligações entre os átomos que formam os reagentes estão enfraquecidas a a ligação entre os átomos que formam os produtos estão se formando. Para que o complexo ativado seja formado e, consequentemente, este resulte na formação dos produtos, algumas condições devem ser atendidas:

1) A geometria da colisão entre as moléculas deve ser ideal para permitir a formação do complexo ativado: se as moléculas não se chocarem seguindo um o ângulo ideal entre elas, não há a possibilidade de se formar o complexo ativado.

2) A energia envolvida na colisão deve ser suficiente para atingir a energia de ativação (energia necessária para que a colisão resulte na formação do complexo ativado).

Então, agora que já sacamos esse lance do choque efetivo eu queria que vocês entendessem os fatores que alteram a velocidade de uma reação, beleza?

Concentração dos reagentes

Você concorda que num metrô lotado (horário de pico, amostra grátis do inferno, haha) é muito mais fácil de você esbarrar em alguém do que no metrô vazio? Pois é, podemos comparar essa situação com as moléculas de reagente se deslocando num determinado espaço, quanto maior a quantidade de moléculas de reagente se movimentando, mais fácil destas se chocarem, o que aumenta consequentemente a probabilidade de ocorrerem choques efetivos. 

Como a concentração indica a quantidade de moléculas em um determinado volume, quanto maior a concentração, maior a chance de ocorrerem choques efetivos, levando a um aumento na velocidade da reação (a quantidade de produto formado em um determinado tempo é maior do que comparado a uma situação em que a concentração destes mesmos reagentes é menor).

Temperatura

A temperatura é a medida do grau de agitação das moléculas, ou seja,  a energia cinética (que envolve a energia rotacional, vibracional e translacional das moléculas de um sistema). Então, quanto maior a agitação destas, maior a temperatura medida no sistema. Quanto mais agitadas as moléculas, mais rápido estas se movem e a chance de colidirem aumenta, o que aumenta a probabilidade de ocorrerem os choques efetivos e leva a um aumento na velocidade da reação. Logo, um aumento na temperatura do sistema, aumenta a velocidade da reação.

Pressão

Imagine que as moléculas de reagente se encontram em um êmbolo móvel (cujo volume pode ser variado). No primeiro sistema o êmbolo encontra-se com seu volume máximo e as moléculas de reagente em seu interior colidem com uma certa frequência com as paredes do êmbolo e entre si, o que gera uma determinada pressão neste sistema.

Vamos imaginar agira uma situação em que o êmbolo tem seu volume reduzido, o que comprime os  gases presentes em seu interior, fazendo com que estes tenham menos espaço para se movimentar, chocando-se com maior frequência com as paredes do sistema ( o que aumenta a pressão deste). A compressão sofrida pelos gases causa um aumento na proximidade das moléculas que o compõem e estas passam a se chocar com maior frequência, causando um aumento na frequência de choques efetivos e, portanto, na velocidade da reação.

Superfície de contato

Esse lance de superfície de contato era muito difícil pra mim, pois eu apanhava pra entender. Mas é bem simples na verdade, acho que é como dizem: “com a idade vem a sabedoria”, haha =P

Sabe aqueles remédios efervescentes de vitamina C? Tem dois tipos: em comprimido ou em pó. Quando você coloca esse remédio na água ocorre uma reação que leva à formação de bolhas. Se você comparar a rapidez com que as bolhas se formam em ambos os casos, vai perceber que para o comprimido o desprendimento de bolhas é mais lento e demora mais para acabar, enquanto que para o pó a efervescência é rápida e intensa, de forma que logo termina. A diferença nos dois casos é justamente a superfície de contato.

A questão é que para haverem choques efetivos entre as moléculas de reagentes, estes devem estar em contato um com o outro. No caso do comprimido, só as partes que constituem a sua superfície (que tem contato com o meio externo) é que estão em contato direto com a água (o outro reagente em questão), toda  a parte interna do comprimido não entra em contato direto com a água e não reage com ela a princípio. Agora, conforme dividimos esse comprimido em pedaços menores, partes que até então eram internas tornam-se superfícies e passam a entrar em contato direto com a água. Se dividirmos o comprimido muitas e muitas vezes, chegaremos ao pó, situação em que quase todas as partes internas daquele, anteriormente, comprimido, já estão em contato direto com água, permitindo o choque entre as moléculas de ambas, aumentando a velocidade da reação.

Catalisador

Um catalisador é uma substância que participa da reação química e é capaz de diminuir a energia de ativação, a energia necessária para a formação do complexo ativado que, posteriormente, se degrada nos produtos. Embora seja consumido durante a reação, ao término desta, o catalisador se regenera. Como a energia necessária para se formar o complexo ativado diminui, mais moléculas de reagentes, ao colidirem, serão capazes de ter energia suficiente para  atingir o estado de complexo ativado, aumentando a velocidade da reação.

Então, pessoal, hoje nós aprendemos: 1) O que estuda  a cinética química; 2) O conceito de choques efetivos e a sua importância para a ocorrência da reação e 3) Os fatores que influenciam na velocidade da reação química.

Espero que vocês tenham entendido, mas fiquem sussa que vai ficar mais claro quando fizermos alguns exercícios no próximo post, ok?

Beijinhus e até a próxima!!

Mari Negrini é bacharela e licenciada em Química pela USP. Curiosa desde pequena, sempre procurou entender como a natureza e o universo ao seu redor funcionam. Encontrou na Química uma maneira mais completa de enxergar o mundo, tornando-se totalmente apaixonada por esta ciência!! Acredita que todos podem se apaixonar também (pelo menos um pouquinho, vai). Venha ter essa oportunidade aqui no Educa Help!!
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Mariana Negrini

Mari Negrini é bacharela e licenciada em Química pela USP. Curiosa desde pequena, sempre procurou entender como a natureza e o universo ao seu redor funcionam. Encontrou na Química uma maneira mais completa de enxergar o mundo, tornando-se totalmente apaixonada por esta ciência!! Acredita que todos podem se apaixonar também (pelo menos um pouquinho, vai). Venha ter essa oportunidade aqui no Educa Help!!

3 comentários em “Cinética química: fatores que influenciam na velocidade de uma reação

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