Velocidades das Reações

1. INTRODUÇÃO

1.1 Velocidades das Reações

Ao realizar uma reação química é importante estar atento à velocidade com que a reação ocorre, para isso utiliza-se o estudo da velocidade das reações químicas, chamado de cinética química. 2,3

O estudo da cinética química corresponde à velocidade das reações, ao nível macroscópico, permitindo determinar experimentalmente como fatores como a temperatura e as concentrações dos reagentes influenciam a velocidade das reações. 3

Na química a velocidade de uma reação refere-se à variação na concentração de um dos reagentes ou produtos divididos pelo tempo que a mudança leva para ocorrer. 2 Durante uma reação química, as quantidades de reagentes diminuem com o passar do tempo, e as quantidades de produtos aumentam. 3 Como  a velocidade pode mudar com tempo, define-se a velocidade media da reação como a variação da concentração molar de um reagente, R, ∆[R] = [R]t2 –[R]t1, durante o intervalo de tempo ∆t = t2-t1.

Equação 1: Velocidade media do consumo de R

[pic 1]

Como os reagentes são consumidos em uma reação, a concentração molar de R decresce com o tempo e ∆[R] é negativo. O sinal negativo da equação 1 torna a velocidade positiva, que é a convenção normal da cinética química. Seguindo a concentração de um produto P, se expressa à velocidade como:

Equação 2: velocidade media da formação de P

[pic 2]

Nessa expressão, ∆P é a variação da concentração molar de produto no intervalo de tempo: ela é uma quantidade positiva, porque o produto de forma com o tempo. 2

1.2 Teoria das Colisões

Para ocorrer às reações químicas, é necessário haver aproximação e contato entre as partículas dos reagentes. 3,4 Essa é a afirmação da teoria das colisões, um modelo que explica a velocidade das reações, que devem seguir três circunstancia:

1. Para uma reação ocorrer, as partículas reagentes, sejam moléculas, íons ou átomos, devem colidir uma com as outras. 3,4
2. Na colisão as moléculas que reagem sofrem um rearranjo por meio do rompimento e formação de ligações, produzindo outras espécies. 3,4
3. A velocidade de uma reação depende da frequência das colisões que são efetivas, ou seja, colisões com energia suficiente e orientação favorável. 3,4

Devido ao fato de que a velocidade da reação depende da frequência, quanto maior o numero de colisões por segundo, maior a possibilidade de reações entre as partículas e mais rápida a reação. No entanto nem todas as colisões levam à formação de produtos.

Cálculos do numero de colisões que ocorrem entre as partículas reagentes indicam que, do total de colisões, apenas 1015 são efetivas, 1013 vezes menor que o total de colisões. Isso significa que só resultam em reação as colisões suficientemente energéticas para romper as ligações reagentes e promover a formação de ligação nos produtos. 4

As colisões efetivas devem envolver quantidade mínima de energia cinética, chamada energia limiar, e as reações ocorrem quando a energia associada às colisões é maior que a energia limiar. 4

1.3 Energia de Ativação

O complexo ativado é a barreira energética entre os reagentes e produtos. É necessário que as moléculas dos reagentes possuam energia suficiente para superar essa barreira e formar o complexo ativado. A energia mínima que os reagentes necessitam para converter-se em complexo ativado é denominada energia de ativação. Se a barreira for baixa, a energia de cinética necessária será baixa, e uma grande proporção das moléculas de uma amostra apresentará energia suficiente para reagir. A reação será rápida. Se a barreira for elevada, a energia de ativação será elevada, e somente algumas moléculas de reagente em uma amostra terão energia suficiente para romper a barreira. A reação será lenta. 4,3

Figura 1.Diagrama de energia de ativação

[pic 3]

1.4 Condições de Reação (Fatores que afetam a velocidade de uma reação)

Para que uma reação química ocorra, as moléculas dos reagentes devem se aproximar, de modo que os átomos possam ser trocados ou rearranjados. Normalmente as reações são realizadas utilizando-se reagentes em forma de solução ou através de mistura de gases. Sob essas circunstancias diversos fatores afetam a velocidade de uma reação: 3

• Concentração dos Reagentes. Geralmente, a velocidade de uma reação depende da concentração dos reagentes, ao aumentar a concentração dos reagentes menor será o temo necessário para completar a reação, uma vez que aumentando-se a concentração de reagente, aumentam a quantidade de partículas no sistema e, consequentemente, o numero de colisões entre elas. Se mais colisões ocorrem, aumenta o numero de colisões efetivas, também aumentando a velocidade da reação.4 
• Temperatura. Quando a temperatura de um sistema em reação aumenta, a energia cinética media das partículas aumenta o que faz com que tanto a frequência de colisões como a energia envolvida em cada colisão aumente. Em consequência, a quantidade de colisões efetivas aumenta, provocando um aumento da velocidade da reação. 2,4
• Superfície de contato. Quanto menor forem as dimensões das partículas dos materiais reagentes, ou seja, quanto mais fragmentado o solido, maior será a superfície de contato exposta. Com isso, aumenta a frequência de colisões entre as partículas reagentes, resultando no aumento da velocidade da reação. 4
• Catalisadores. São substâncias que aumentam a velocidade de uma reação química, sem serem consumidos, entretanto, estão envolvidos intimamente nos detalhes da reação em nível particulado. Sua função é fornecer um caminho diferente com energia de ativação mais baixa, aumentando a velocidade da reação. 3 Ao final o catalisador pode ser recuperado.

2. OBJETIVOS

• Verificar experimentalmente alguns fatores que determinam ou influenciam a velocidade das reações, tais como: temperatura, concentração, catalisadores e superfície de contato.
• Observar quantitativamente a influencia da concentração e da temperatura na velocidade das reações a partir da analise do tempo necessário para que a reação ocorra.

3. PARTE EXPERIMENTAL

3.1 Materiais e reagentes