Quanto menor for o valor da energia de ativação de uma reação maior será a velocidade reacional?

Algumas reações químicas — como as que acontecem no interior de foguetes antes do lançamento, entre oxigênio e hidrogênio — ocorrem em alta velocidade. Outras, entretanto, são mais lentas, como a formação de ferrugem. Mas porque essa diferença?

É aí que entra a cinética química: uma das áreas da Química, que busca compreender os modelos dessas reações, respondendo como elas funcionam e quais fatores interferem em seu desempenho.

A combustão do hidrogênio, por exemplo, é a reação que fornece maior quantidade de energia por unidade de massa entre todos os combustíveis conhecidos. Porém, é necessário fornecer ao sistema uma energia mínima para que a reação se inicie.

Continue a leitura e aprenda mais sobre cinética química e velocidade das reações!

O que é cinética química?

A cinética química é o campo da química que estuda a velocidade das reações e procura entender os mecanismos por meio dos quais elas acontecem. Esse estudo é muito importante, pois permite compreender questões relacionadas ao nosso cotidiano, como veremos adiante.

Alguns fatores influenciam a rapidez das transformações químicas. Conhecendo essas varáveis, é possível acelerar ou retardar uma reação. Confira quais são os fatores que influenciam na velocidade das reações.

Cinética química: pressão

Em temperatura constante, o aumento da pressão em um sistema é diretamente proporcional ao aumento da velocidade das transformações químicas. Isso acontece porque, ao elevar a pressão, o volume diminui e as moléculas dos reagentes se aproximam, aumentando a probabilidade de ocorrer colisões entre elas.

A pressão influencia todos os tipos de reações — estejam elas nos estados líquido, sólido ou gasoso, contudo, essa variação é desprezível no estado líquido e no sólido. Por isso, o efeito da pressão só é significativo quando todos os componentes da reação estão no estado gasoso.

Cinética química: concentração

Em geral, o aumento da concentração dos reagentes eleva a velocidade das reações químicas. Isso também acontece porque esse aumento faz com que haja mais moléculas confinadas em um mesmo espaço; assim, as colisões efetivas tendem a aumentar.

Contudo, é importante determinar experimentalmente a influência de cada reagente em cada reação, pois os efeitos podem ser diferentes. Em alguns casos, ao se duplicar a concentração de um reagente, a rapidez também pode dobrar, enquanto em outros pode quadruplicar ou até mesmo se manter constante.

Cinética química: temperatura

Você já deve ter percebido que os alimentos têm um cozimento muito mais rápido na panela de pressão. Isso acontece pela temperatura mais elevada que a água atinge dentro desse tipo de recipiente. Ainda na cozinha, podemos verificar o efeito contrário: alimentos guardados na geladeira ou no congelador são conservados por mais tempo, pois se decompõem lentamente.

Isso acontece porque a elevação na temperatura gera um aumento na energia cinética média das moléculas dos reagentes. Dessa forma, mais partículas se chocam no sistema e, consequentemente, mais colisões efetivas tendem a ocorrer — o que aumenta a velocidade da reação.

Cinética química: superfície de contato

Quanto maior for a superfície de contato entre os reagentes, mais rapidamente ocorre a transformação química. Novamente, o motivo é a maior probabilidade de ocorrerem reações efetivas, que aceleram a reação.

Você pode validar essa informação colocando um comprimido inteiro e um fragmentado de vitamina C em dois copos com água. Observe em qual ocorre a maior efervescência, em um mesmo intervalo de tempo.

Cinética química: energia de ativação

Para que uma reação química ocorra, é necessário que aconteça a ruptura de ligações dos reagentes e a formação de novas ligações. Porém, colisões com baixa energia não são capazes de romper as ligações entre os átomos.

A reação se completa quando as moléculas presentes no sistema atingem a energia mínima a fim de que,  ao haver a colisão, possa se formar uma substância intermediária entre os reagentes e os produtos — o complexo ativado.

Conhecer essa energia mínima é fundamental para compreender a velocidade das reações químicas. A energia de ativação é a diferença entre a energia retida no complexo ativado e a conservada nos reagentes.

Cinética química e velocidade das reações

A velocidade das reações químicas é expressa pela variação da quantidade de reagente ou produto por unidade de tempo. Essa quantidade pode ser representada em termos de concentração, massa, volume, entre outras grandezas relacionadas.

Exemplos de reações rápidas e lentas

Podemos citar como reações rápidas:

• a queima do gás de cozinha;
• a explosão da pólvora nos fogos de artifício.

São reações lentas:

• a decomposição do plástico;
• a formação do petróleo.

Cinética química: catalisador

Algumas transformações químicas ocorrem com velocidade muito baixa, mesmo em condições termodinamicamente favoráveis. Isso pode tornar o processo inviável, especialmente em escala industrial. Dessa forma, o catalisador pode ser adicionado ao sistema para tornar a reação mais rápida.

O motivo para os catalisadores aumentarem a velocidade das reações é que eles promovem caminhos (mecanismos) diferentes, mais rápidos e com menor energia de ativação para que as transformações ocorram.

Lembre-se de que os catalisadores aumentam a velocidade da reação sem sofrer modificação, ou seja, eles são regenerados no final do processo.

Cinética química: teoria das colisões

De acordo com a teoria das colisões, as substâncias reagentes devem colidir para que a reação química ocorra. Quanto maior for a frequência dos choques, ou seja, quanto mais colisões por segundo houver, maior será a rapidez da reação.

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Além disso, é necessário que a colisão ocorra com uma quantidade mínima de energia, suficiente para provocar um rearranjo nos átomos dos reagentes, formando novas ligações. Outro ponto importante é que as moléculas devem estar em uma posição favorável. Assim, temos as colisões efetivas, que realmente resultam na formação de produtos.

Cinética química: velocidade média

Considere a transformação de uma substância qualquer A em B:

A → B

Conforme o tempo vai passando, a quantidade de A diminui e a de B aumenta no sistema. A fórmula da cinética química para calcular a velocidade média com que a substância A é consumida é:

velocidade = |Δ(quantidade de A)| ÷ Δ(tempo)

A meia-vida de uma reação química é o tempo necessário para que a concentração de um reagente diminua seu valor pela metade — ou seja, para que 50% do reagente seja consumido durante a transformação.

Lei da Cinética Química

A Lei da Cinética Química relaciona a velocidade de uma reação com a concentração dos reagentes (em mol/L) e diz que:

a rapidez de uma transformação química, em uma determinada temperatura, é diretamente proporcional ao produto das concentrações dos reagentes, elevadas aos seus expoentes, por uma constante.

A equação matemática que representa a Lei da Cinética Química para a seguinte reação hipotética: aA + bB → cC + dD, é:

v = k.α.β

em que:

• v é a velocidade da reação;
• k é a constante que depende da temperatura;
• α e β são expoentes determinados experimentalmente.

O entendimento da cinética química, como você viu, permite acelerar e retardar reações químicas. Assim, é possível otimizar processos industriais e criar soluções eficientes para o nosso dia a dia. Por exemplo, conhecer estratégias que retardem o processo de deterioração dos alimentos é fundamental para conservá-los por mais tempo.

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Quanto menor a energia de ativação menor a velocidade da reação?

Qual a relação entre velocidade de reação é energia de ativação?

Quanto maior for a energia de ativação mais lenta será a reação?

Quanto menor for o valor da energia de ativação de uma reação?