A cinética química é o ramo da química que se encarrega de estudar a velocidade das reações químicas, bem como os fatores que a influenciam.
Algumas reações ocorrem mais rapidamente e outras ocorrem mais lentamente. Portanto, as reações podem ser rápidas ou lentas e a sua velocidade pode ser medida pela formação de produtos ou pelo consumo de reagentes, por unidade de tempo.
Com isto, pode-se afirmar que a velocidade de uma reação química indica a variação da quantidade de reagentes e produtos, com o passar do tempo.
Visto que a velocidade de uma reação pode variar a cada intervalo de tempo e de uma substância para outra, costuma-se calcular a velocidade média das reações.
Considerando uma reação genérica, em que os coeficientes são as letras minúsculas e os reagentes e produtos são representados pelas letras maiúsculas.
aA + bB → cC + d D
A velocidade média da reação mencionada é calculada dividindo a velocidade média de reação de qualquer uma das substâncias reagentes ou a velocidade média de formação de qualquer um dos produtos pelo seu respetivo coeficiente na equação química, ou seja:
Vm = VmA/a = VmB/b = VmC/C = VmD/d
Tomando em conta um exemplo mais concreto: a reação de decomposição de água oxigenada é dada por:
2 H2O2 (aq) → 2 H2O (l) + 1 O2 (g)
Em 1 minuto formaram-se 0,3 mol/L de H2O e 0,15 mol/L de O2, enquanto que se decompôs 0,3 mol/L de H2O2, ou seja, tem-se que as velocidades médias de decomposição e de formação destas mesmas substâncias da reação são de:
Vm H2O2 = 0,3 mol/L.min
Vm H2O = 0,3 mol/L.min
Vm O2 = 0,15 mol/L.min
Então, para se calcular a velocidade média da reação global terá que se pegar num destes valores e dividi-lo pelo respetivo coeficiente na equação, isto é:
Vm = Vm H2O2 / 2 = 0,3 mol/L.min / 2 = 0,15 mol/L.min
Vm = Vm H2O / 2 = 0,3 mol/L.min / 2 = 0,15 mol/L.min
Vm = Vm O2 / 1 = 0,15 mol/L.min / 1 = 0,15 mol/L.min
É de notar que os três valores obtidos para a velocidade média da reação são iguais e, portanto, pode-se afirmar que a velocidade da reação é a mesma em função de qualquer reagente ou produto, num mesmo intervalo de tempo.
Porém, é necessário saber calcular os valores das velocidades médias de cada uma das substâncias envolvidas numa reação e, para isso, basta dividir a variação da concentração da substância, seja reagente ou produto, pelo intervalo de tempo.
Para determinar a velocidade média de um dos reagentes da reação tem que se colocar um sinal negativo antes, uma vez que a concentração dos reagentes diminui com o tempo.
Vm = Δ[produto] / Δt
Vm = – Δ[reagente] / Δt
Considerando como exemplo a reação de decomposição do O3 gasoso em O2 gasoso.
2 O3 (g) → 3 O2 (g)
Admite-se que num balão havia 10 mol de O3, mas após 1 minuto restaram apenas 4 mol. Isto significa que 6 mol de O3 se transformaram em O2.
Como a proporção da reação é de 2:3, então, se foram gastos 6 mol de O3, foram formados 9 mol de O2.
Assim, após 1 minuto, tem-se as seguintes velocidades médias:
Vm = – Δ[O3] / Δt
Vm = – ([O3]final – [O3]inicial) / tfinal – tinicial
Vm = – (4 – 10) / 1 – 0
Vm = 6 mol/L.min
Isto significa que durante 1 minuto, 6 mol de O3 reagiram em cada litro do sistema.
Vm = Δ[O2] / Δt
Vm = ([O2]final – [O2]inicial) / tfinal – tinicial
Vm = – (9 – 0) / 1 – 0
Vm = 9 mol/L.min
Ou seja, durante 1 minuto, 9 mol de O2 foram formados em cada litro do sistema.
Isto mostra que pode-se calcular a velocidade média em função dos reagentes ou em função dos produtos.
Para calcular a velocidade média da reação global acima referida, basta dividir cada uma dessas velocidades pelos seus respetivos coeficientes na reação química:
Vm = VmO3 / 2 = 6 mol/L.min / 2 = 3 mol/L.min
Vm = VmO2 / 3 = 9 mol/L.min / 3 = 3 mol/L.min
Conclui-se que:
Vm = VmO3 / 2 = VmO2 / 3
Fatores que interferem na velocidade das reações químicas
A velocidade de uma reação química depende de vários fatores, são eles:
- Superfície de contacto entre os reagentes
- Temperatura
- Pressão
- Concentração das substâncias reagentes
- Presença de catalisador
Superfície de contacto entre os reagentes
Quanto maior a superfície de contacto entre os reagentes, maior será a velocidade da reação.
Isto ocorre porque quanto maior a superfície de contacto, maior o número de moléculas que vão reagir, logo, maior o número de colisões eficazes aumentando assim a velocidade da reação.
Temperatura
De um modo geral, quanto maior for a temperatura, mais rapidamente se processa a reação.
Pode-se então acelerar uma reação lenta, submetendo os reagentes a uma temperatura mais elevada.
Isto explica-se pelo facto que da temperatura estar relacionada com a agitação das moléculas. Quanto mais calor, mais agitadas ficam as moléculas. Se as moléculas se movimentam mais, chocam mais entre elas e com mais energia. Desta maneira, a energia de ativação diminui e, como consequência, aumenta o número de colisões efetivas, logo , a velocidade da reação também aumenta.
Pressão
A pressão é a razão entre a força e a área, ou seja, fazer força sobre uma determinada área.
Com o aumento da pressão num recipiente, diminui o volume e, desta forma aumenta a concentração dos reagentes.
As moléculas chocam mais entre si, aumentando o número de colisões e, portanto, aumenta a velocidade da reação.
Concentração das substâncias reagentes
Quanto maior a concentração dos reagentes, mais rápida será a reação química.
A concentração está relacionada com a quantidade de soluto e de solvente de uma substância. Se aumenta a concentração de reagentes, aumenta o número de moléculas dos mesmos, aumentando o número de colisões e, consequentemente, aumenta a velocidade da reação.
Presença de catalisadores
Os catalisadores são substâncias com capacidade de acelerar determinadas reações químicas. Os catalisadores interagem com os reagentes, fazendo com que a reação entre estes seja mais fácil de ocorrer, ocasionando um aumento na formação de produtos por unidade de tempo.
Devido a estas características, os catalisadores são muito utilizados em indústrias químicas, pois quanto maior a velocidade de reação, mais eficiente é o processo e menor o tempo gasto para a obtenção de uma dada substância.
Para além destes fatores principais podem, no entanto, existir outros que também influenciam a velocidade das reações. Por exemplo, a natureza dos reagentes também interfere na velocidade das reações porque quanto maior for o número de ligações dos reagentes que são necessárias serem quebradas para que a reação ocorra e quanto mais fortes forem, mais lenta será a reação.
Outro fator a ter em conta é a presença de luz, pois algumas reações químicas ocorrem com maior velocidade quando estão na presença de luz.
A luz influencia na velocidade das reações porque é uma energia em forma de onda eletromagnética que ajuda a quebrar a barreira da energia de ativação.
References:
Formosinho, Sebastião J. e Arnaut, Luís; «Cinética Química»; Imprensa da Universidade de Coimbra; 2003.
Souza, Alexandre Araújo de e Farias, Robson Fernandes; «Cinética Química: teoria e prática»; Editora Átomo; 2013.
