INFLUÊNCIAS NA VELOCIDADE DAS REAÇÕES QUÍMICAS


Os principais fatores que alteram a velocidade das reações são: superfície de contato, temperatura, catalisadores, concentração de reagentes.


SUPERFÍCIE DE CONTATO


Para investigar o efeito da superfície de contato na velocidade, vamos considerar a reação a seguir:


CaCO3(s) + H2SO4(aq) ®- CaSO4(S) + H2O(l) + CO2(g)


e medir o tempo necessário para obter o mesmo volume de CO2(g) usando massas iguais de CaCO3 sólido e volumes iguais de uma mesma solução aquosa de H2SO4 , com o auxílio da seguinte aparelhagem:



O tempo necessário para produzir 20 cm3 de CO2 em cada experimento é:

Experimento I: 50 segundos;

Experimento II: 20 segundos;

Experimento III: 8 segundos.

Nesses experimentos, o único fator que sofreu variação foi a superfície de contato do CaCO3 sólido. O tempo necessário para produzir o mesmo volume de CO2(g) quando utilizamos a placa de CaCO3(s) (experimento 1) foi maior (50 s), pois essa placa apresenta a menor superfície de contato; quando usamos CaCO3(s) em pó, o tempo necessário foi menor (8 s), pois o pó apresenta a maior superfície de contato.

Isso ocorre porque as colisões entre as moléculas acontecem na superfície do sólido e, considerando que quanto mais fragmentado está o sólido, maior é a superfície exposta, o número de colisões aumenta, determinando também um aumento na velocidade da reação.

Observando a representação gráfica dos três experimentos, notamos que, com o aumento da superfície, aumentou a velocidade da reação e não a quantidade de produto formado.



TEMPERATURA


Muitos acontecimentos cotidianos podem servir para demonstrar a relação entre a mudança na velocidade das reações e a mudança de temperatura.

Um alimento cozinha mais rapidamente numa panela de pressão, por exemplo, porque nesse tipo de panela a água ferve a uma temperatura maior, o que favorece o cozimento. Para a melhor conservação de alimentos, eles são guardados em refrigeradores ou freezers, que apresentam temperaturas menores que a do ambiente, diminuindo a velocidade das reações responsáveis pela decomposição.

Outro exemplo da influência da temperatura na velocidade das reações ocorre com a combustão, que é uma reação exotérmica. Em um ambiente onde a perda de calor é pequena (como em uma floresta), a temperatura do ambiente aumenta e provoca um aumento na velocidade de reação de combustão. É isso o que torna os incêndios, especialmente os florestais, tão devastadores.


O primeiro cientista a relacionar a variação de temperatura e a velocidade das reações foi Jacobus Van't Hoff, no final do século XIX. Ele percebeu que, em algumas reações, uma elevação de 10°C durante a reação fazia com que a velocidade dobrasse. A partir desse fato, ele estabeleceu a seguinte regra, conhecida por regra de Van't Hoff.


Um aumento na temperatura provoca um aumento na energia cinética média das moléculas e, com isso, um aumento no número de colisões, o que irá acarretar aumento da velocidade da reação. Em um sistema, nem todas as moléculas apresentam a mesma energia cinética e somente uma fração delas (representada na área destacada do gráfico) possui energia suficiente para reagir:



Como, com a elevação da temperatura, ocorre um aumento na energia cinética média das moléculas, há alteração na distribuição dessa energia. Dessa maneira, aumenta a quantidade de moléculas com energia suficiente para reagir e, conseqüentemente, há aumento na velocidade da reação.



CATALISADOR


Nosso sistema digestivo converte os nutrientes (proteínas, carboidratos e gorduras) em substâncias que podem ser absorvidas e usadas pelas células. Essas transformações ocorreriam demasiadamente devagar se não existissem, em nosso organismo, substâncias capazes de acelerar o metabolismo, ou seja, as reações do organismo, sem serem consumidas nessas reações. Essas substâncias são um tipo de proteínas denominadas enzimas e constituem os catalisadores biológicos, ou biocatalisadores, e são altamente específicas.


Catalisadores: Substâncias capazes de acelerar uma reação sem sofrerem alteração, isto é, não são consumidas durante a reação.


Os catalisadores têm a capacidade de diminuir a energia de ativação, fazendo com que a reação se processe de maneira diferente.



O primeiro cientista a explicar a ação de um catalisador foi Arrhenius, em 1889. Ele afirmava que o catalisador se combina com o reagente, originando um composto intermediário que, por sua vez, se transforma, originando o produto e se regenerando em seguida. Considerando a reação genérica a seguir, de acordo com esse raciocínio temos:



Note que a soma dos dois passos corresponde à reação genérica que pode ser representada pela equação e pelo gráfico a seguir:

A + B ¾C® AB




OBSERVAÇÕES

1. Um catalisador acelera a reação, mas não aumenta o seu rendimento, isto é, ele produz a mesma quantidade de produto, mas num período de tempo menor.



2.O catalisador não altera o DH da reação.

3.Um catalisador acelera tanto a reação direta quanto a inversa, pois diminui a energia de ativação de ambas.



As reações que ocorrem na presença de catalisadores são denominadas catálises, que podem ser de dois tipos: homogênea e heterogênea.

Catálise homogênea

Nesse tipo de reação, os reagentes e o catalisador formam um sistema monofásico ou homogêneo. Veja os exemplos:



Catálise heterogênea

Nesse tipo de reação, os reagentes e o catalisador formam um sistema com mais de uma fase. Veja os exemplos:




Autocatálise

É um tipo de reação na qual um dos produtos formados atua como catalisador. Um exemplo é a reação que ocorre entre o cobre (Cu) e o ácido nítrico (HNO3 ):



Inicialmente, a reação ocorre lentamente; porém, à medida que o óxido de nitrogênio (NO) é formado, ele age como catalisador, aumentando violentamente a velocidade da reação.


Veneno ou inibidor de catalisador

E uma substância que se combina com o catalisador, diminuindo ou anulando a sua ação. O método industrial de produção de amônia (NH3), conhecido por Haber-Bosch, só é vantajoso pela ação catalitica do ferro (Fe):


N2(g) + 3 H2(g) ¾ Fe® 2NH3(g)


No entanto, sua eficiência se torna muito pequena se ocorrer a presença de arsênico (As), que inibe a ação do ferro, ou seja, é o veneno de catalisador.


CONCENTRAÇÃO DE REAGENTES


Em um pedaço de carvão em brasa, as moléculas de oxigênio 02(g) presentes no ar estão colidindo com o carvão. No entanto, apenas 20% das moléculas do ar são de 02(g); as demais também estão colidindo com o carvão, mas não participam da reação. Nessa situação, o carvão queima lentamente.





Se colocamos esse carvão em brasa em um frasco contendo gás oxigênio puro, ele se inflama. Isso se deve ao fato de que, nesse caso, todas as moléculas que se chocam com o carvão são de 02(g), o que permite concluir que o aumento da concentração de oxigênio passou de 20% para 100% e provocou um aumento na velocidade da reação.





A partir desse fato, podemos concluir que a velocidade de uma reação depende também da concentração dos reagentes, pois ela está relacionada com o número de choques entre as moléculas. Vamos aplicar esse conceito a uma reação genérica:

1A + 1B ® 1AB

O número de choques e, conseqüentemente, a velocidade irão depender das concentrações de A e B. Vamos considerar quatro situações em que varia o número de moléculas de A e B, num mesmo volume e numa mesma temperatura:



Isso demonstra que o número de colisões e, conseqüentemente, a velocidade da reação são proporcionais ao produto das concentrações.


Observação: Em reações envolvendo reagentes gasosos, quando se aumenta a pressão, ocorre uma diminuição de volume e conseqüentemente há aumento nas concentrações dos reagentes.



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Página produzida por um grupo de alunos do curso de Cinética Química da Faculdade de Engenharia Química de Lorena