Saber como reações químicas ocorrem ajuda a controlar processos vitais, produtivos e ambientais. Esse conhecimento é fundamental para otimizar tratamentos médicos, conservar alimentos e fabricar produtos com mais eficiência.
No corpo humano, reações químicas com velocidades bem reguladas são essenciais para a vida, como na digestão. Mudanças no pH ou temperatura, por exemplo, podem acabar alterando os processos fisiológicos do corpo.
Nesse texto, você vai entender como diferentes fatores influenciam a velocidade das reações químicas e como isso se aplica no cotidiano. Acompanhe abaixo.
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Introdução à Cinética Química
As reações químicas podem ter velocidade variada. Algumas acontecem em frações de segundos, como uma explosão, enquanto outras podem levar até anos, como a ferrugem corroendo um pedaço de ferro exposto ao ar e à umidade.
Nesse sentido, a Cinética Química é a área da Físico-Química que investiga a velocidade das reações e os fatores que interferem na velocidade. Logo, busca entender como e por que algumas reações ocorrem mais rapidamente que outras.
Compreender a velocidade das reações é essencial para garantir a segurança e a eficiência de diversos processos. Na indústria, por exemplo, busca evitar desperdícios e melhorar a produção e no corpo humano manter o equilíbrio vital.
A velocidade de uma reação é definida como a variação na quantidade de reagentes ou produtos por unidade de tempo. Pode ser representada por:
+ Veja também:Cinética química: definição, fórmulas e aplicações
A Teoria das Colisões
De acordo com a Teoria das Colisões, para que uma reação ocorra, os reagentes precisam colidir. No entanto, nem toda colisão gera reação, pois, para que ela aconteça, é preciso rearranjar os átomos, ou seja, romper ligações e formar novas. Para isso é necessário:
- Energia de colisão: a colisão precisa ter energia suficiente, no mínimo igual à chamada Energia de Ativação; e
- Orientação adequada: as moléculas precisam se encontrar na posição correta, com as partes certas alinhadas, para que novas ligações se formem e antigas se quebrem.
Se essas condições forem atendidas, a colisão será eficaz/efetiva e gerará produtos.
Energia de ativação: a barreira energética da reação
A energia mínima necessária para promover a reação química é chamada de energia de ativação. Cada reação, por apresentar características e reagentes diferentes, apresenta energia de ativação específica.
A energia de ativação do sistema contribui para a quebra das ligações existentes e formação das novas. Esse estado de transição é denominado complexo ativado e corresponde ao estado de mais alta energia no decorrer da reação.
Imagine que os reagentes precisam subir uma montanha para virar produtos. No topo está o complexo ativado. Se tiverem energia suficiente para chegar lá, a reação acontece. Quanto menor essa “subida” (energia de ativação), mais rápida é a reação.
Diagramas de energia de reação
As reações químicas são classificadas termoquímicamente em dois tipos: reações endotérmicas e reações exotérmicas.
Nas reações endotérmicas a energia dos produtos é maior que a dos regentes, logo há absorção de energia no processo (ΔH > 0). Já nas exotérmicas o contrário ocorre, liberando energia (ΔH < 0).
Fatores que influenciam a velocidade da reação
A velocidade de uma reação pode ser modificada por diversos fatores. Cada um deles muda de alguma forma a frequência e/ou a eficácia das colisões entre as partículas.
Natureza dos Reagentes
- Estado físico: reações em fase gasosa são geralmente mais rápidas do que em líquidos ou sólidos, pois as partículas têm mais liberdade de movimento; e
- Complexidade molecular: substâncias com estruturas simples e ligações fracas reagem mais rapidamente do que moléculas grandes e complexas.
Superfície de contato
É a área de um dos reagentes que está efetivamente exposta aos demais. Nas reações entre fases diferentes, como um sólido com um líquido, faz toda a diferença, pois quanto maior for essa superfície, maior será o número de colisões.
Exemplo: Um prego sofre oxidação muito mais lentamente que uma palha de aço por ter menor superfície de contato com o ambiente.
Concentração dos reagentes
Como a reação química é consequência das colisões efetivas quanto maior a concentração significa mais partículas por unidade de volume, maior a probabilidade de choques efetivos e, consequentemente, maior a velocidade da reação.
Temperatura
Temperatura é um dos fatores mais importantes. Quanto maior a temperatura, maior o grau de agitação das partículas, maior a probabilidade de choques efetivos e, consequentemente, maior a velocidade da reação.
Uma regra prática é que um aumento de 10 °C pode dobrar ou triplicar a velocidade de uma reação (mas cuidado, pois não é uma regra universal).
Pressão (em reações com gases)
Para sistemas gasosos, o efeito da pressão é interpretado como o fator da concentração. Logo, quanto maior a pressão parcial de um gás, maior a probabilidade de choques efetivos e, assim, maior a velocidade da reação.
Presença de catalisadores
Um catalisador é uma substância que não é consumida durante a reação e não altera o ΔH. No entanto, é capaz de acelerar a reação, oferecendo um caminho alternativo com menor energia de ativação.
Eles podem ser homogêneos, quando estão na mesma fase dos reagentes, como as enzimas no sangue, ou heterogêneo, quando estão em fase diferente, como a platina usada em catalisadores automotivos.
As enzimas são catalisadores biológicos extremamente eficientes e específicos. Nesse sentido, existem ainda os inibidores que têm efeito contrário, ou seja, diminuem a velocidade da reação.
Presença de luz (reações fotoquímicas)
Algumas reações precisam de luz para acontecer, pois a energia luminosa fornece o impulso inicial. É o caso da fotossíntese e da decomposição do peróxido de hidrogênio sob luz.
Integrando a teoria das colisões e os fatores
Em resumo, cada fator muda as colisões de um jeito:
- Concentração, pressão e superfície aumentam a quantidade de colisões;
- Temperatura e catalisadores aumentam a energia delas; e
- A luz dá energia extra em algumas reações.
Assim, controlar esses fatores controla a velocidade da reação.
Aplicações e contextualização
- Conservação de alimentos: a refrigeração reduz a temperatura, diminuindo a velocidade das reações que causam a decomposição, prolongando sua vida útil;
- Cozimento: o aumento da temperatura acelera as reações químicas, como o cozimento e a caramelização, tornando os alimentos mais saborosos e seguros para consumo;
- Catalisador automotivo: os catalisadores presentes no escapamento dos carros ajudam a acelerar reações que transformam gases poluentes em substâncias menos nocivas, reduzindo a poluição;
- Enzimas na indústria: enzimas, que são catalisadores biológicos, são usadas na produção de alimentos, detergentes e outros produtos, tornando os processos mais rápidos e econômicos;
- Amadurecimento de frutas: o gás etileno age como um catalisador natural, acelerando o amadurecimento das frutas;
- Reações que precisam de luz: em processos como a fotografia tradicional ou algumas reações industriais, a luz fornece energia para iniciar ou acelerar as reações químicas; e
- Perigo da poeira em suspensão: poeiras finas têm grande área de contato, o que pode acelerar reações de combustão e causar explosões em ambientes industriais, exigindo cuidado e controle.
Questão de vestibular sobre velocidade das reações
Uece (2024) (2° Fase)
A cinética química estuda a velocidade das reações químicas e os fatores que a influenciam. Em relação a esses fatores, analise as seguintes proposições:
I. Quanto maior a superfície de contato, maior a velocidade da reação química.
II. Catalisadores criam um mecanismo mais curto para o desenvolvimento das reações químicas.
Considerando as proposições acima apresentadas, é correto afirmar que
A) I é verdadeira e II é falsa.
B) I é falsa e II é verdadeira.
C) ambas são falsas.
D) ambas são verdadeiras.
Alternativa correta:
D
O aumento da superfície de contato favorece o maior número de colisões para acontecer a reação e os catalisadores criam um novo caminho para a reação diminuindo a energia de ativação.
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