Cinética química: fatores que influenciam na velocidade da reação (EXERCÍCIOS)

OI, meus apaixonados por conhecimento, tudo certo?

No último post a gente tentou entender um pouco esse lance de cinética química: o que ela estuda, como podemos medir a velocidade de uma reação, os choques efetivos (necessários para a reação ocorrer), a noção de complexo ativado e, por fim, os fatores que influenciam na velocidade de uma reação química.

Daí hoje, como de costume, vamos treinar um pouco esses conceitos resolvendo uns exercícios de vestibular, beleza?

QUESTÃO 1

(UFRJ- Adaptada)

 Em duas lanternas idênticas, carregadas com a mesma massa de carbureto, goteja-se água, na mesma vazão, sobre o carbureto. Na lanterna I, o carbureto encontra-se na forma de pedras e, na lanterna II, finamente granulado.

a) Indique qual das lanternas apresentará a chama mais intensa.
b) Indique qual delas se apagará primeiro. Justifique sua resposta, com base em seus conhecimentos de
cinética química.

Resolução

ITEM A

Neste exercício, o que precisamos levar em consideração são os fatores que influem na velocidade de uma reação. No caso, o enunciado indica que a massa de carbureto nas duas lanternas é idêntica assim como o vazão com que a água é gotejada, ou seja, a concentração dos reagentes (carbureto e água) durante a reação é a mesma nas duas lanternas, logo, considerando-se apenas este fator (concentração), deveríamos uma mesma velocidade da reação para as duas lanternas, o que faria com que ambas tivessem a chama de mesma intensidade.

Entretanto, o enunciado indica que na lanterna I, o carbureto encontra-se na forma de pedras, enquanto que na lanterna II, este encontra-se na forma granulada. Logo devemos levar em consideração um outro fator para identificar qual chama terá a maior intensidade: a superfície de contato.

Como já vimos no último post, para a reação ocorrer há a necessidade de ocorrerem choques efetivos (com um determinado ângulo, posicionamento e energia) entre as moléculas de reagentes, o que leva a formação do complexo ativado que dará origem aos produtos. Quanto maior a quantidade de choques entre os reagentes, maior a chance de ocorrerem choques efetivos, o que aumenta a velocidade da reação.

No caso da superfície de contato, quanto maior esta for, maior será o contato entre os reagentes, o que leva a um aumento no número de moléculas capazes de se chocarem, aumentando, consequentemente, a velocidade da reação.

O que não podemos esquecer é que quanto mais dividirmos um material, maior será  a sua superfície de contato, pois partes que antes eram internas a esse material passam a ser externas e ter contato direto com os arredores e, consequentemente, com os outros reagentes. Podemos visualizar essa situação no caso do carbureto em pedra sendo dividido, até chegar a sua forma granulada:

Pensando nas lanternas do enunciado, o carbureto na forma granulada (lanterna II) possui maior superfície de contato entre seus reagentes e reagirá mais rápido com a água em relação ao carbureto na forma de pedra(lanterna I). Logo, a chama da lanterna II será mais intensa, pois a velocidade da sua reação é maior.

ITEM B

Quanto maior a frequência com que as moléculas de reagente se chocam, maior a quantidade de choques efetivos e maior a velocidade com que reagentes são convertidos a produtos, ou seja, mais rápido os reagentes são consumidos. LOGO, OS REAGENTES SERÃO CONSUMIDOS MAIS RAPIDAMENTE NA LANTERNA II (EM QUE O CARBURETO ENCONTRA-SE GRANULADO) E A CHAMA DESTA SE APAGARÁ PRIMEIRO.

QUESTÃO 2

(Fuvest)
NaHSO4+ CH3COONa → CH3COOH+Na2SO4
A reação representada pela equação acima é realizada segundo dois procedimentos:
I. Triturando reagentes sólidos.
II. Misturando soluções aquosas concentradas dos reagentes.
Utilizando mesma quantidade de NaHSO4 e mesma quantidade de CH3COONa nesses procedimentos, à mesma temperatura, a formação do ácido acético:
a) é mais rápida em II porque em solução a frequência de colisões entre os reagentes é maior.
b) é mais rápida em I porque no estado sólido a concentração dos reagentes é maior.
c) ocorre em I e II com igual velocidade porque os reagentes são os mesmos.
d) é mais rápida em I porque o ácido acético é liberado na forma de vapor.
e) é mais rápida em II porque o ácido acético se dissolve na água.

RESOLUÇÃO

item a- em solução, o contato entre as moléculas de reagentes é maior, uma vez que estas encontram-se “livres” (não se encontram “presas” no interior de um material sólido, em que só a sua superfície pode entrar em contato com o outro reagente) e distribuídas de maneira homogênea pelo soluto, além de terem maior liberdade para se movimentarem, fatores que facilitam os choques entre as moléculas de reagentes, aumentando a velocidade da reação no procedimento II em relação ao procedimento I.

item b – o enunciado indica que em ambos os procedimentos a quantidade de reagentes é a mesma ou seja, nos dois casos temos a mesma quantidade de partículas de reagentes e produtos, logo este fator não é diferencial para alterar a velocidade da reação.

item c- embora os reagentes sejam os mesmos este não é fator determinante para a velocidade de uma reação química. Os fatores que  influenciam na velocidade de uma reação são a concentração destes, temperatura, pressão e superfície de contato. O  fato de termos reagentes na forma sólida no procedimento I e em solução no procedimento II alteram a superfície de contato, gerando diferentes velocidades de reação nos dois casos.

item d – embora o ácido acético produza vapores, o que poderia aumentar o contato entre reagentes, este fator não influi na velocidade da reação uma vez que o ácido acético é um produto da reação e não um dos reagentes, sendo que estes encontram-se na forma sólida no procedimento I.

item e – a velocidade é mais rápida em dois porque os reagentes (bicarbonato de sódio e acetato de sódio) encontram- se ambos dissolvidos em solução, o que facilita o contato entre estes. O ácido acético é um produto da reação, e sua dissolução em água não influi na velocidade da reação (por sinal, o ácido acético já é líquido em condições normais de temperatura e pressão).

Logo, a ALTERNATIVA CORRETA É O ITEM A.

QUESTÃO 3

(Unicamp- modificada)
Para evitar a deterioração dos alimentos, incluindo a formação de aldeídos pela reação de oxigênio do ar com gorduras insaturadas, muitas embalagens são hermeticamente fechadas sob nitrogênio ou sob uma quantidade de ar muito pequena. Além disso, nos rótulos de diversos produtos alimentícios embalados desta forma, encontram-se, freqüentemente, informações como:
– Validade: 6 meses da data de fabricação se não for aberto.
– Após aberto deve ser guardado, de preferência, em geladeira e consumido em até 5 dias.
– Contém antioxidante.
Pode-se dizer que o antioxidante é uma substância, colocada no produto alimentício, que reage “rapidamente” com oxigênio.
Baseando-se nas informações anteriores responda em termos químicos:
a) Por que este prazo de validade diminui muito após a abertura da embalagem?
b) Por que a recomendação de guardar o alimento em geladeira depois de aberto?

Resolução

item a-  As embalagens são hermeticamente fechadas e possuem antioxidante para evitar o contato do alimento com o ar, uma vez que estes reagem entre si, levando à decomposição dos alimentos. O contato entre os reagentes é necessário para que ocorram choques efetivos entre estes, ocasionando a formação do complexo ativado e, consequentemente, dos produtos. Quanto menor a  quantidade de ar no interior da embalagem,  menor a frequência com que ocorrem os choques efetivos, o que reduz a velocidade da reação de decomposição dos alimentos.

Ao abrirmos a embalagem, a concentração de oxigênio no interior desta aumenta, o antioxidante é consumido e, a partir daí, ocorre um aumento na frequência de choques efetivos entre os reagentes (alimento e oxigênio do ar). Desta forma, a velocidade da reação de decomposição do alimento aumenta, o que reduz seu prazo de validade.

item b – Guardar o alimento em geladeira leva a uma diminuição no grau de agitação das moléculas no interior da embalagem (uma vez que a temperatura é uma indicação do grau de agitação das moléculas, quanto menor a temperatura, menor a agitação destas). Desta forma, diminui a frequência com os reagentes se chocam e, consequentemente, há uma diminuição na velocidade da reação de decomposição do alimento.

QUESTÃO 4

(Fuvest) Para remover uma mancha de um prato de porcelana fez-se o seguinte: cobriu-se a mancha
com meio copo de água fria, adicionaram-se algumas gotas de vinagre e deixou-se por uma noite. No dia
seguinte a mancha havia clareado levemente.
Usando apenas água e vinagre, sugira duas alterações no procedimento, de tal modo que a remoção da mancha possa ocorrer em menor tempo. Justifique cada uma das alterações propostas.

Resolução

PROPOSTA 1 – cobrir a mancha com água quente.

Uma maior temperatura leva a um aumento no grau de agitação das moléculas, aumentando a frequência com que os reagentes se chocam. Desta forma, há um aumento na frequência de choques efetivos (que levam à formação do complexo ativado), o que leva a um aumento na velocidade da reação, permitindo a remoção da mancha em menor tempo.

PROPOSTA 2- utilizar uma maior quantidade de vinagre (aumentar o número de gotas de vinagre utilizadas).

Uma maior concentração dos reagentes aumenta a frequência com que as moléculas destes se chocam (pois há mais moléculas num mesmo espaço).Desta forma, há um aumento na velocidade da reação, e a remoção da mancha ocorre em menor tempo.

QUESTÃO 5

(Mackenzie)

I – Z representa a energia de ativação na presença de catalisador.
II – Y representa a energia de ativação na presença de catalisador.
III – X representa a variação de entalpia.
IV – A velocidade de formação dos produtos é menor no caminho B.
As afirmações anteriores referem-se ao diagrama energético dos caminhos A e B da reação
REAGENTES → PRODUTOS

Somente são corretas :
a) I e III.
b) II e III.
c) II e IV.
d) III e IV.
e) I e IV.

 

 

 

 

 

Resolução

O catalisador é uma substância que participa da reação e é capaz de reduzir a energia de ativação da reação (energia necessária para se chegar à forma do complexo ativado), aumentando a velocidade desta.

Ao observamos a energia envolvida durante o decorrer da reação, o caminho que possui a energia de ativação mais baixa é aquele em que foi utilizado um catalisador:

 

Logo, comparando o gráfico acima com o do enunciado, temos:

Z – é a energia de ativação na ausência de catalisador (caminho de reação A)

Y – é a energia de ativação na presença de catalisador (caminho de reação B)

X- é a variação de entalpia entre reagentes e produtos

a velocidade de reação do caminho A é  MENOR QUE a velocidade de reação do caminho B

a velocidade de formação dos produtos pelo caminho A é MENOR QUE  a velocidade de formação dos produtos pelo caminho B.  

Vamos verificar agora a validade das afirmações dadas no enunciado:

I – Z representa a energia de ativação na presença de catalisador –FALSO
II – Y representa a energia de ativação na presença de catalisador-VERDADEIRO
III – X representa a variação de entalpia- VERDADEIRO 
IV – A velocidade de formação dos produtos é menor no caminho B- FALSO

PORTANTO, ALTERNATIVA CORRETA É O ITEM B (somente II e III são corretos).

Então, espero que esses exercícios tenham ajudado vocês a entenderem um pouquinho mais esse conceito de cinética química. No próximo post a gente aprofunda um pouco o assunto, beleza??

Bjinhus 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!!

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