Qual a relação entre energia de ativação é a facilidade de ocorrência de uma reação?

Para que uma reação química ocorra, algumas condições precisam ser satisfeitas. Por exemplo, os compostos precisam entrar em contato e ter afinidade química. Mas, muitas vezes, mesmo entrando em contato e possuindo afinidade química, algumas reações não ocorrem sem que seja dada uma espécie de propulsão.

Um exemplo ocorre no caso de abrirmos uma válvula de um fogareiro, deixando que o gás escape. Esse gás não entra em combustão só de entrar em contato com o oxigênio do ar. É preciso aproximar um palito de fósforo aceso para que a reação comece.

Isso acontece porque outra condição necessária para a ocorrência das reações é que os reagentes apresentem energia suficiente, que é chamada energia de ativação (Ea).

O complexo ativado é um estado intermediário entre os reagentes e os produtos, em que as ligações que existem nos reagentes estão sendo enfraquecidas e as ligações dos produtos estão sendo formadas:

No exemplo considerado, os reagentes (gás combustível e oxigênio) possuíam uma energia menor que a energia de ativação de sua reação de combustão. Ao aproximar o palito de fósforo aceso, foi-lhes fornecida a energia para iniciar a reação.

A energia de ativação constitui, portanto, um obstáculo para a ocorrência da reação. Quanto maior for essa energia, mais difícil será para a reação ocorrer e a sua velocidade será menor. Por outro lado, se a energia de ativação de uma reação for pequena, a reação se processará mais rapidamente.

Muitas reações começam assim que os reagentes são postos em contato, isso porque eles já possuem a energia mínima necessária para a ocorrência da reação. Não é preciso que se forneça energia ao sistema.

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O valor da energia de ativação varia de reação para reação e a sua forma também. Por exemplo, nem sempre será energia na forma de calor, pode ser também na forma de luz (como na decomposição da água oxigenada), na forma de um atrito (como no acendimento de um fósforo) e assim por diante. 

Visto que é considerada como um obstáculo para a ocorrência da reação, geralmente isso é representado por meio de um gráfico, semelhante ao mostrado abaixo:

Pode-se também determinar a energia de ativação (Ea) considerando que ela é a diferença entre a energia necessária para que a reação tenha início (E) e a energia própria contida nos reagentes (Ep):

Ea = E - Ep

• Se a diferença E - Epfor maior que a energia de ativação, a reação será exotérmica, ou seja, os reagentes irão liberar calor.

Ea < E - Ep→ exotérmica

Seu gráfico pode ser representado por:

• Se a diferença E - Epfor menor que a energia de ativação, a reação será endotérmica, ou seja, os reagentes irão absorver calor (será necessário fornecer energia ao sistema para a reação iniciar).

Ea > E - Ep→ endotérmica

Seu gráfico pode ser representado por:

O que é uma reação química?

Uma reação química ocorre quando certas substâncias sofrem transformações em relação ao seu estado inicial (reagentes), resultando em um ou mais produtos. Para que isso possa acontecer, as ligações entre átomos e moléculas devem ser rompidas e devem ser restabelecidas de outra maneira. Como essas ligações podem ser muito fortes, geralmente é necessária energia na forma de calor para iniciar a reação.

A reação química é representada por meio da equação química, que é composta por fórmulas e coeficientes estequíométricos.

A ocorrência de uma reação química é indicada pelo aparecimento de novas substâncias (produtos), diferentes das originais (reagentes). Quando as substâncias reagem, às vezes ocorrem fatos visíveis que confirmam a ocorrência da reação. Dentre eles, podemos destacar: liberação de gás, liberação de luz, mudança na coloração, mudança no odor, mudança na temperatura e formação de precipitado.

Quando ocorre uma reação química?

Para que uma reação química ocorra, é necessário satisfazer 4 condições fundamentais:

1. Os reagentes devem entrar em contato;

Eles precisam entrar em contato para que suas partículas possam colidir, rompendo as ligações dos reagentes e formando as ligações dos produtos.

2. Deve haver afinidade química entre os reagentes;

Quanto maior for a afinidade química, mais rápida será a reação.

3. As colisões entre as partículas dos reagentes devem ser eficazes;

Os choques que resultam em quebra das ligações dos reagentes e formação de novas ligações são aqueles que ocorrem na orientação correta e com a energia suficiente.

4. Deve-se atingir a energia de ativação.

A quantidade mínima de energia necessária para que cada reação ocorra é chamada de energia de ativação.

A energia de ativação funciona como uma espécie de barreira para que a reação ocorra, pois, quanto maior ela for, mais difícil será para a reação ocorrer. Em alguns casos, é preciso fornecer energia para os reagentes.

Classificação das Reações Químicas

As reações químicas podem ser classificadas segundo vários critérios.

• Em relação à energia:

Quando uma reação libera calor, nós a chamamos de exotérmica (do grego: exo, “para fora”; thermos, calor); é o caso da queima do carvão:

C + O~2  →~ CO~2 +~ calor

~~Ou quando uma reação consome calor para se processar, nós a chamamos de endotérmica (do grego: endo, “para dentro”; thermos, calor);

N~2~ + O~2~ + calor → 2 NO

A classificação mais importante é dada a seguir:

• reações de síntese ou de adição;• reações de análise ou de decomposição;• reações de deslocamento ou de substituição ou de simples troca;~~• reações de dupla troca ou de dupla substituição.

Reações de síntese ou de adição

Ocorrem quando duas ou mais substâncias reagem, produzindo uma única substância mais complexa.

A+B→AB

Síntese total: quando partimos apenas de substâncias simples.
Exemplo: S + O~2 →~ SO~2~ e 2H~2~+ O~2~ →2H~2~O

Síntese parcial: quando, entre os reagentes, já houver no mínimo uma substância composta.
Exemplo: MgO + H~2~O → Mg(OH)~2~

Reações de análise ou de decomposição

Ocorrem quando uma substância se divide em duas ou mais substâncias de estruturas mais simples.

AB → A+B

Por exemplo:
2H~2~O   2 H~2~ + O~2~2H~2~O~2~   2H~2~O + O~2~

Certas reações de análise ou de decomposição recebem nomes especiais, como:

• Pirólise: decomposição pelo calor (na indústria é chamada também de calcinação – elevadas temperaturas);

• Fotólise: decomposição pela luz;

Peróxido de hidrogênio em presença de luz se decompõe em água e gás oxigênio.

2H~2~O~2~  → 2H~2~O + O~2~

• Eletrólise: decomposição pela eletricidade;

H~2~O → H~2~ + ½ O~2~

Reações de deslocamento ou de substituição ou de simples troca

Ocorrem quando uma substância simples reage com uma substância composta e “desloca” desta última uma nova substância simples.

AB + C → A + CB

C vê B ligado a A, aproxima-se e, sendo mais forte, desloca A e assume a ligação com B. Caso C não seja mais forte que A nada acontece.

Desta forma, temos:

2Na + 2H~2~O → 2NaOH + H~2~ (o sódio desloca o hidrogênio da água H-OH)

Au + HCl  não reage (o ouro não consegue deslocar o hidrogênio)

Reações de Oxirredução (Redox)

As reações de oxirredução estão entre as reações químicas mais comuns e importantes. Estas reações envolvem a transferência de elétrons de uma substância para outra. O termo oxidação se refere à perda e redução ao ganho de elétrons. Nestas reações, a substância que perde elétrons é conhecida como agente redutor, e a que ganha elétrons, agente oxidante. Como em uma transformação química o número de elétrons se mantém constante, oxidação e redução ocorrem simultaneamente.

Reações de dupla troca ou de dupla substituição

Ocorrem quando dois compostos reagem, permutando entre si dois elementos ou radicais e dando origem a dois novos compostos:

AB + CD → AD + BC

A própria reação de salificação (ácido + base) é um exemplo de reação de dupla troca:

Casos especiais de reações de dupla troca:

A) Uma reação de dupla troca pode acontecer se houver pelo menos um produto volátil.

FeS + 2 HCl → FeCl~2~ + H~2~S~(gás)~

Os exemplos mais importantes de produtos gasosos que tendem a escapar do sistema em reação são os ácidos HF, HCl, HBr, HI, H~2~S e HCN. Três casos importantes de desprendimento gasoso são devidos às seguintes decomposições espontâneas:

Por esse motivo, em toda reação de dupla troca, em que deveria haver produção de H~2~CO~3~, H~2~SO~3~ ou de NH~4~OH, teremos, na realidade, água e CO~2~, água e SO~2~ ou água e NH~3~, respectivamente:

B) Quando um dos produtos for um precipitado

Uma reação de dupla troca pode acontecer desde que tenhamos reagentes solúveis e ao menos um produto insolúvel, que irá formar um precipitado.

A tabela a seguir fornece a solubilidade em água da maioria dos sais utilizados em laboratório e pode ser consultada sempre que for necessário prever a ocorrência ou não da formação de um precipitado.

Os precipitados formados podem ser classificados em:

• Granular: Pequenos grãos de formato irregular que se sedimentam rapidamente. Sua aparência pode ser comparada à do café moído, sedo possível distingui-las.
• Cristalino: Pequenas partículas de formato regular e superfície lisa. Aparenta-se aos cristais de sal de cozinha ou açúcar. Apresenta facilidade na filtração e também se sedimenta rapidamente.
• Finamente dividido: Partículas muito pequenas que não podem ser distinguidas umas das outras (a olho nu) e levam muito tempo para sedimentarem-se. Sua aparência pode ser comparada à de farinha de trigo.
• Coloidal tipo gelatinoso: Massa compacta com aspecto de gelatina, impossível de ser filtrada e de difícil manipulação.
• Coloidal finamente dividido: partículas extremamente pequenas (como no precipitado finamente dividido) que atravessam até os poros de um filtro. Devido ao tamanho, essas partículas dificilmente sedimentam-se.

Exercício

1. (FURRN) No filme fotográfico, quando exposto à luz,ocorre a reação:

2 AgBr →2 Ag + Br~2~

Essa reação pode ser classificada como:

a) pirólise.
b) eletrólise.
c) fotólise.
d) síntese.
e) simples troca.

2. O consumo de ácido sulfúrico pode ser utilizado como um indicador do desenvolvimento de um país. Industrialmente, esse ácido pode ser obtido a partir da pirita de ferro, que consiste basicamente em sulfeto ferroso (FeS). Classifique as equações de obtenção industrial do ácido sulfúrico mostradas a seguir:

 I.FeS + O~2~→ Fe + SO~2~II. 2 SO~2~+ 2 O~2~→ 2 SO~3~III. SO~3~ + H~2~O → H~2~SO~4~

a) Dupla troca, síntese, síntese.
b) Dupla troca, análise, análise.
c) Síntese, simples troca, dupla troca.
d) Simples troca, análise, análise.
e) Simples troca, síntese, síntese.

3. Fazendo-se a classificação das reações abaixo:

(I) CuSO~4~ + 2NaOH → Cu(OH)~2~ + Na~2~SO~4~
(II) Cu(OH)~2~ → CuO + H~2~O
(III) Zn + 2AgNBaCO~3~ → 2Ag + Zn(NBaCO~3~)~2~
(IV) NH~3~ + HCl → NH~4~Cl

A ordem correta é:

a) Decomposição, simples troca, dupla troca, adição.
b) Dupla troca, adição, simples troca, análise.
c) Dupla troca, análise, deslocamento, síntese.
d) Deslocamento, análise, dupla troca, adição.
e) Dupla troca, decomposição, síntese, simples troca.

GABARITO

1.C

2.E

3.C

Qual é a relação entre a energia de ativação?

O que ocorre com a energia de ativação da reação?

O que é energia de ativação de uma reação química Qual a sua relação com o complexo ativado?

Por que a energia de ativação indica se uma reação será rápida ou não?