As reações químicas ocorrem em diferentes velocidades. Algumas, como o acender de um fósforo, são instantâneas. Outras são mais lentas, como o metabolismo dos alimentos no organismo humano ou o apodrecimento de um alimento mal conservado. Há, ainda, aquelas que levam dezenas ou centenas de milhões de anos para ocorrer, como a formação da atmosfera terrestre ou do petróleo. Em física, na mecânica, a velocidade é a variação do espaço percorrido por um móvel em determinado intervalo de tempo. Na química, o conceito de velocidade é um pouco diferente: é a rapidez com que uma reação se realiza, sempre levando em conta a quantidade de reagentes consumidos ou a de produtos formados. Essa quantidade pode ser expressa
em massa, volume ou em mol. Pode, também, ser dada em termos de concentração. A regra geral é que, em toda reação, a quantidade de reagentes diminui, enquanto a quantidade dos produtos aumenta. Para a reação R → P, a concentração de R cai, enquanto a concentração de P sobe. Essa mudança nas concentrações não mantém o mesmo ritmo durante toda a reação. O gráfico dá muitas informações importantes: Teoria das colisõesVocê sabe: uma reação química ocorre quando as ligações entre átomos ou íons dos reagentes se quebram e se rearranjam, formando novas substâncias, os produtos. Mas como e quando isso ocorre? Como sempre fazem quando querem entender um fenômeno impossível de ser visto diretamente, os químicos criaram um modelo para explicar o que ocorre durante uma reação química, com base no que é observado em experimentos. Esse modelo é a teoria das colisões. De acordo com essa tese, para que uma reação ocorra, as partículas dos reagentes devem colidir entre si numa determinada velocidade e com certa frequência. Numa substância, a cada segundo ocorrem bilhões de colisões entre átomos, íons ou moléculas. Mas poucas dessas colisões iniciam uma reação – ou seja, ocorre um número muito menor de colisões efetivas. Isso depende de dois fatores: a energia e a orientação do choque. A energia do choque é cinética – ou seja, aquela relacionada à velocidade das moléculas. É fácil de entender: se um carro colidir com um poste a 100 km/h, o estrago será maior do que se o choque se desse a 50 km/h. Assim também acontece com as moléculas e os íons: para que as ligações se quebrem, é preciso que a colisão tenha a energia cinética adequada. Quanto maior a energia, maior a velocidade da reação. Quanto maior o número de colisões entre as partículas, maior a possibilidade de conseguir a energia necessária para quebrar as ligações dos reagentes. Mas essa efetividade depende, ainda, de uma orientação adequada.
ORIENTAÇÃO: É importante a posição dos átomos na hora do choque. Uma orientação adequada é aquela que põe em contato direto os átomos que vão estabelecer as novas ligações. Porém, para essa mesma reação, se a temperatura dos reagentes for elevada, a situação muda. Acompanhe:
Colisões efetivasPara que a reação NO3 (g) + CO (g) → NO2 (g) + CO2 (g) ocorra, três condições têm de ser satisfeitas: 1. Orientação correta. A colisão pode ter energia suficiente, mas essa orientação não é adequada porque o choque se dará entre os átomos de oxigênio, que não reagem entre si. Neste caso, não ocorre a reação. 2. Energia suficiente. Nesta segunda possibilidade, a orientação das partículas dos reagentes é adequada: o átomo C quebrará as ligações de NO3 para roubar um átomo O. Mas a colisão ocorre numa velocidade muito baixa. Não há energia suficiente para provocar uma reação. 3. Tudo certo. A velocidade com que as partículas se chocam fornece energia suficiente para a quebra das ligações. E a orientação das partículas dos reagentes é adequada: o átomo C baterá num átomo O. No complexo ativado, as ligações estão enfraquecidas, prestes a se romper. Quando o sistema atinge a energia mínima necessária para rompê-las, a reação se completa com a formação de novas substâncias. Romper essa barreira energética significa atingir a energia de ativação (Ea) – aquela necessária para desencadear a reação. Energia de ativação: Podemos então dizer que a energia de ativação é a energia mínima necessária para que uma reação seja desencadeada. A energia de ativação é sempre maior que a energia original dos reagentes. Essa variação pode ser representada em gráfico. 1.As moléculas dos dois reagentes viajam a uma velocidade que dá ao conjunto a energia cinética adequada 2.Se no choque a energia superar a barreira da energia de ativação, os átomos, por um instante, confundirão seus elétrons, enfraquecendo as ligações 3. Reorganizados os átomos em novas substâncias, a energia do sistema volta a cair Entre duas reações que ocorram nas mesmas condições, a que tem menor energia de ativação (Ea) se dará com maior rapidez, pois mais facilmente as moléculas atingirão a energia de ativação e, por consequência, o estado de complexo ativado. Compare as reações mostradas nos dois gráficos abaixo: Energia e velocidade Pelo pico da curva em cada um dos gráficos percebe-se que a energia de ativação da reação II é mais alta que a energia de ativação da reação I. Isso significa que a barreira energética que os reagentes da reação II têm de ultrapassar para reagir entre si é mais alta. Então, a reação II é mais lenta do que a reação I.CATALISADORESSão substâncias químicas que aumentam a velocidade de uma reação sem participar diretamente dela, ou seja, sem serem consumidas. Os catalisadores alteram o mecanismo de uma reação, baixando a barreira da energia de ativação. Ao final da reação, os catalisadores podem ser recuperados e reaproveitados. Veja no gráfico abaixo como uma reação tem a velocidade alterada com o emprego de um catalisador: Mãozinha a Miga Repare que as duas reações começam no mesmo patamar de energia. E veja a diferença de altura das duas curvas. Na reação não catalisada, os reagentes têm de alcançar uma energia de ativação muito mais alta do que na reação catalisada. Então, a velocidade da reação catalisada é maior.Gráfico – O que isso tem a ver com matemática? Os catalisadores não provocam uma reação, apenas a aceleram. E cada reação tem um catalisador específico. Nos seres vivos, as enzimas, produzidas pelas células, fazem o papel de catalisadores nas reações do metabolismo – as transformações que as substâncias sofrem no interior das células. Sem essas reações, as células não podem crescer nem se reproduzir nem exercer suas funções específicas. As enzimas aceleram o metabolismo, e sua carência leva a desordens metabólicas que causam doenças no fígado, nos rins ou nos músculos, por exemplo. Outros fatoresOutras condições podem acelerar a velocidade de uma reação, como a eletricidade e a luz. No meio natural, a reação entre os gases hidrogênio e oxigênio para formar água é muito lenta, pode levar anos. Mas, quando se passa uma corrente elétrica pelo sistema, a reação ocorre instantaneamente. Assim, a eletricidade influi na velocidade da reação. Mas não pode ser considerada um catalisador, porque não é uma substância química. É uma forma de energia que ajuda o sistema reacional a atingir a energia de ativação. O mesmo ocorre com a luz. O que influi na velocidade • ESTADOS FÍSICOS DOS REAGENTES A velocidade das partículas de uma substância depende do estado físico em que ela se encontra. A velocidade é baixa no estado sólido, cresce no estado líquido e atinge o máximo no estado gasoso. Quanto maior é a velocidade das partículas, maior é a energia do sistema e mais veloz é a reação, então as reações com reagente gasosos costumam ser as mais rápidas. Estado físicoQuando misturadas, as substâncias cloreto de sódio (NaCl) e nitrato de prata (AgNO 3 ) fazem uma reação de dupla troca que resulta em dois produtos: nitrato de sódio (NaNO 3 ) e o precipitado de cloreto de prata (AgCl). Mas esse precipitado só aparece quando a reação se dá em uma solução. Separados pela água e livres, os íons Ag + e Cl – colidem com boa velocidade, reagem e formam o precipitado. SUPERFÍCIE DE CONTATOUm comprimido de vitamina C colocado em água
provoca efervescência. Inteiro, somente os átomos da superfície entrarão em contato com a água, e a reação vai ocorrendo lentamente à medida que os átomos vão paulatinamente sendo expostos. Se o comprimido for quebrado em vários pedacinhos, a reação ocorrerá mais rapidamente, pois mais átomos serão expostos à água ao mesmo tempo. Daí, mais colisões ocorrem num mesmo intervalo de tempo, e maior é a velocidade da reação. TEMPERATURAA influência da temperatura na velocidade das reações tem várias aplicações no dia a dia. Por exemplo, o cozimento de feijão (ou qualquer outro alimento) em panela de pressão. A pressão mais alta eleva a temperatura no interior da panela, e o feijão cozinha mais rápido. No sentido inverso, a baixa
temperatura no interior de uma geladeira retarda o processo de apodrecimento dos alimentos. CONCENTRAÇÃOQualquer combustão depende da reação do combustível com o oxigênio. Uma palha de aço posta sobre uma chama queima-se relativamente rápido, porque o ar contém certa concentração de oxigênio. Mas a combustão será muito mais veloz se for provocada num recipiente fechado, que contenha apenas oxigênio. A concentração de oxigênio no ar é menor do que num ambiente de oxigênio puro, é claro. Que acontece com a concentração dos reagentes em uma reação química à medida que vai se formando os produtos?* Concentração: um aumento na concentração dos reagentes acelera a reação, pois haverá um maior número de partículas dos reagentes por unidade de volume, aumentando a probabilidade de ocorrerem colisões efetivas entre elas; * Pressão: Esse fator interfere unicamente em sistemas gasosos.
O que ocorre com os reagentes e produtos durante uma reação química?O equilíbrio químico é um fenômeno que acontece nas reações químicas reversíveis entre reagentes e produtos. Quando uma reação é direta, está transformando reagentes em produtos. Já quando ela ocorre de maneira inversa, os produtos estão transformando-se em reagentes.
Como se comportam as concentrações dos reagentes e dos produtos?Fenômeno de equilíbrio que acontece em reações reversíveis
Quando esse equilíbrio é alcançado, as quantidades de reagentes e produtos envolvidas na reação permanecem estáveis. Nas reações químicas diretas os reagentes formam os produtos, enquanto nas reações inversas os produtos formam os reagentes.
O que acontece se aumentarmos a concentração dos reagentes?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.
|