Quanto maior a concentração dos reagentes, maior a velocidade da reação

Definições básicas

Cinética química é o ramo da química que estuda a rapidez das reações químicas, bem como os fatores que a influenciam.

A rapidez, ou velocidade, de uma reação química indica a variação da quantidade de reagentes e produtos com o passar do tempo.

Consideremos uma reação química, já balanceada

aX + bY → cZ + dW

onde os reagentes X e Y vão sendo consumidos e os produtos Z e W formados.

Chamamos de velocidade média de consumo de X a razão:

Ou seja, a variação da concentração do reagente X com o tempo. O mesmo vale para o reagente Y.

Para os produtos Z e W, definimos:

O mesmo valendo para o produto W.

Considerando os coeficientes da reação balanceada definimos a velocidade média da reação como:

Energia de ativação

A energia de ativação é a energia mínima necessária para que a reação possa ocorrer. Ela recebe este nome porque reagentes e produtos passam por uma configuração intermediária que recebe o nome de complexo ativado. Trata-se, portanto, da energia mínima necessária para a formação deste complexo ativado.

A energia de ativação é explicada pela teoria da colisão: a reação química é constituída por colisões entre as moléculas dos reagentes. Nem toda colisão, porém, é eficaz, pois é necessário que haja energia suficiente e geometria molecular adequada. A energia de ativação é aquela requerida para que as colisões sejam eficazes, ou seja, resultem no complexo ativado.

Fatores que influenciam a velocidade da reação

• Concentração:

Quanto maior a concentração dos reagentes, maior a velocidade da reação.

• Energia de ativação:

Quanto maior a energia de ativação, mais lenta será a reação.

• Temperatura: 

Quanto mais elevada a temperatura, mais rápida será a reação.

• Pressão:

No caso de reações que envolvam reagentes gasosos, quanto maior a pressão, mais rápida a reação.

• Superfície de contato:

Para o caso de reagentes em diferentes fases, quanto maior a superfície de contato do reagente sólido, mais rápida será a reação.

• Catálise:

É uma reação na qual existe a presença de uma substância capaz de acelerar a reação - um catalisador -, mas que não toma parte na reação propriamente dita, permanecendo inalterada sua massa e suas propriedades após a reação. Seu efeito baseia-se na redução da energia de ativação. (Da mesma forma, pode ocorrer a presença de um inibidor - substância que inibe a ação do catalisador. Neste caso, obviamente, o efeito do catalisador é anulado, e a velocidade da reação permanece inalterada.)

Lei cinética de uma reação

É a equação que permite calcular a velocidade de uma reação a partir das concentrações de reagentes. De forma genérica:

v = k · [X]m · [Y]n

onde:

k : constante da velocidade da reação, dependente da temperatura.

[X] e [Y]: concentração dos reagentes X e Y em mol/L

m e n: são expoentes determinados experimentalmente, e que recebem o nome de "ordem da reação". Assim:

m: ordem da reação em relação a X

n: ordem da reação em relação a Y

m + n: ordem total da reação

Mecanismos das reações

É o conjunto de etapas em que ocorre uma reação, sendo a velocidade da reação determinada pela etapa mais lenta.

Dá-se o nome de reação elementar àquela que ocorre em apenas uma etapa. Reação não-elementar é aquela que ocorre em duas ou mais etapas.

No caso de uma reação elementar, a lei cinética pode ser adaptada para:

v = k · [X]x · [Y]y

onde x e y é o número de moléculas respectivamente de X e Y que sofrem a colisão que provocará a reação.

A área que estuda a velocidade das reações químicas e seus fatores de influência recebe o nome de cinética química. As ações ocorridas entre substâncias que originam outras substâncias consistem nas reações químicas.

Entender a velocidade com que essas reações acontecem e o que influencia é essencial para compreender uma série de conteúdos dentro da Química. Continue lendo para entender melhor. 

Cinética Química: estudo da velocidade das reações químicas

A rapidez de uma reação química é determinada pelo tempo em que os reagentes são consumidos para dar origem aos produtos. Sendo assim, a velocidade de uma reação química pode ser expressada tanto pelo consumo de um reagente quanto pela geração de um produto. 

Antes da reação química temos a quantidade máxima de reagentes e nenhum produto. A reação chega ao fim quando há o consumo total de um dos reagentes formando os produtos. Tendo essa compreensão fica bem mais simples entender o conceito de velocidade média das reações. 

Velocidade Média das Reações: o que é?

Entende-se por Velocidade Média da reação química a variação da quantidade de um reagente ou produto em um determinado intervalo de tempo. Confira a representação abaixo: 

Vm = │variação da quantidade de substância │

        __________________________________

                    variação de tempo

Para saber qual foi a velocidade com que um produto se formou ou que um reagente foi consumido em uma reação é possível fazer o cálculo da Velocidade Média.

Podem ser representadas em mol/L, mol, quantidade de matéria ou atm (se houver variação de pressão para gases) as substâncias produzidas ou consumidas na reação. A variação do tempo, por sua vez, é expressada é segundos (s), minutos (min) ou horas (h).

Velocidades das reações

As reações químicas são diferenciadas entre si através da velocidade com que acontecem. Essas reações podem ser rápidas, moderadas ou lentas. Confira a seguir mais detalhes sobre essas reações. 

Reações rápidas

Enquadram-se nessa categoria as reações que acontecem instantaneamente, isto é, que têm duração de microssegundos. Um exemplo é a queima do gás de cozinha. 

Reações moderadas

As reações moderadas são aquelas que demoram entre minutos e horas para serem concluídas. Um exemplo é a queima do papel. 

Reações lentas

Esse tipo de reação pode levar séculos, uma vez que os reagentes se combinam lentamente. Um bom exemplo é a formação do petróleo. 

Teoria das Colisões: reações gasosas

A chamada Teoria das Colisões é aplicada às reações gasosas. Tem como base o entendimento de que a reação química só acontece quando os reagentes estão em contato através de colisões.

No entanto, apenas esse fator não garante que ocorrerá a reação. Essas colisões precisam ser orientadas para que as moléculas tenham energia suficiente, isto é, a energia de ativação. 

O que é a energia de ativação?

A energia de ativação (Ea) nada mais é do que a energia mínima necessária para que seja formado um complexo ativado, de maneira que a reação aconteça com efetividade.

Esse complexo consiste em um estado transitório da reação no qual ainda não houve a formação dos produtos finais. As reações mais rápidas demandam menos energia de ativação. Um exemplo de energia de ativação é o atrito feito entre um palito de fósforo e sua caixa. 

Velocidade das reações químicas: saiba quais fatores influenciam

A velocidade das reações químicas é influenciada por alguns fatores, estes, por sua vez, têm grande importância para a compreensão do processo. Confira a seguir os principais fatores que influenciam a velocidade das reações. 

Concentração de Reagentes

Quando a concentração de reagentes é elevada, se tem como consequência o aumento da frequência de choques entre as moléculas. O aumento acelera a reação. Sendo assim, quanto maior a concentração dos reagentes, maior a velocidade com que a reação acontece. 

Superfície de Contato

Trata-se de um fator de influência somente para as reações entre os sólidos. Superfície de contato é a área de um reagente que está exposta aos demais reagentes. Para que as reações químicas aconteçam, é necessário o contato entre os reagentes. Logo, quanto maior a superfície de contato maior será a velocidade da reação. 

Pressão

É um fator que influencia apenas as reações com gases. Quando a pressão aumenta, o espaço entre as moléculas é reduzido. Se o espaço é reduzido, há aumento do número de colisões e, em consequência, da velocidade da reação. Então, quanto maior a pressão, maior será a velocidade da reação. 

Temperatura

A temperatura se caracteriza como uma medida de energia cinética que indica o grau de agitação das partículas. Quando a temperatura é elevada, as moléculas se agitam mais e isso faz com que a velocidade da reação aumente. Então, quando mais elevada a temperatura, maior a velocidade da reação. 

Catalisadores

Essas substâncias têm como principal característica acelerar uma reação química sem que ocorra o seu consumo no final do processo. As enzimas são um excelente exemplo de catalisador biológico. A velocidade da reação aumenta quando se tem um catalisador. 

A cinética química tem grande importância para entender outros conteúdos da Química!

Por que o aumento da concentração dos reagentes aumenta a velocidade de uma reação?

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Quanto maior a concentração dos reagentes maior a velocidade da reação Verdadeiro ou falso?