Quimica Feltre - Vol 2-157-159

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CINÉTICA QUÍMICA4Capítul
o
Apresentação do capítulo
Numa geladeira, a velocidade de deterioração dos alimentos é reduzida.
Tópicos do capítulo
1 Velocidade das reações químicas
2 Como as reações ocorrem?
3 O efeito das várias formas
de energia sobre a velocidade
das reações químicas
4 O efeito da concentração
dos reagentes na velocidade
das reações químicas
5 O efeito dos catalisadores na
velocidade das reações químicas
Leitura: Catalisadores automotivos
Algumas vezes precisamos acelerar uma reação química para que possamos obter
o produto desejado e conseguir maior rentabilidade (rendimento) do processo. Outras vezes,
precisamos desacelerar uma reação para retardar um processo químico. Neste último caso,
podemos, por exemplo, retardar a deterioração dos alimentos, conservando-os numa geladeira
ou num freezer.
Neste capítulo, estudaremos a velocidade (ou rapidez) das reações químicas e os fatores
e leis que influem na velocidade dessas reações. Vamos analisar também o mecanismo
das reações, ou seja, a maneira íntima (microscópica) de as moléculas reagirem.
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Capitulo 04A-QF2-PNLEM 4/6/05, 16:29143
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98
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144
1 VELOCIDADE DAS REAÇÕES QUÍMICAS
1.1. Introdução
Verificamos em nosso dia-a-dia que há reações químicas mais lentas e outras mais rápidas. Veja:
Às vezes nos interessa acelerar uma reação. Isso pode ser conseguido, usando-se, por exemplo:
• panela de pressão, que acelera o cozimento dos alimentos;
• gesso ortopédico, cuja secagem é rápida;
• airbag, que infla por meio de uma reação química praticamente instantânea.
Outras vezes, nos interessa desacelerar uma reação. Para que isso possa ocorrer, pode-se, por
exemplo:
• usar a geladeira e/ou o freezer para retardar a decomposição dos alimentos;
• retardar a ferrugem utilizando-se produtos químicos e tintas especiais;
• combater uma febre alta (que envolve aceleração do metabolismo orgânico) por meio de me-
dicamentos específicos.
Freqüentemente precisamos obter uma velocidade de reação que não seja nem muito rápida nem
muito lenta. Por exemplo:
• não queremos que a gasolina pegue fogo sozinha (pois seria um desastre), mas queremos uma
queima “vigorosa” no motor do automóvel, para melhorar seu desempenho;
• nas fábricas de vinho, é interessante que a fermentação do suco de uva seja lenta, produzindo um
vinho de melhor paladar; no entanto não deve ser lenta demais para não atrasar a produção e
causar prejuízos ao fabricante.
Enfim, um dos objetivos da Química é o de controlar a velocidade das reações químicas, de modo
que sejam rápidas o suficiente para proporcionar o melhor aproveitamento do ponto de vista prático e
econômico, mas não tão rápidas a ponto de oferecer risco de acidentes. Em resumo, o ideal é ter
reações com velocidades controladas.
1.2. Conceito de velocidade média de uma reação química
Em Física o estudo da velocidade diz respeito ao des-
locamento de um corpo na unidade de tempo.
Se um automóvel percorre 160 km em duas horas,
dizemos que sua velocidade média é 80 km/h.
Em Química o conceito é semelhante. Medir a velocidade de uma reação significa medir a quanti-
dade de reagente que desaparece ou a quantidade de produto que se forma, por unidade de tempo.
Por exemplo, seja a equação:
N2 " 3 H2 2 NH3
À proporção que a reação caminha, os reagentes N2 e H2 vão sumindo (isto é, vão sendo consumi-
dos) e o produto NH3 vai aparecendo (isto é, vai sendo produzido).
A ferrugem leva anos para corroer um
objeto de ferro.
A explosão da dinamite ocorre numa fração
de segundo.
A queima de uma vela
demora algumas horas.
160 km
t % 2 h
vm
t % 0
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/C
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Capitulo 04A-QF2-PNLEM 12/7/05, 11:00144
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145Capítulo 4 • CINÉTICA QUÍMICA
Se a reação for completa e em quantidades estequiométricas, a
representação gráfica do andamento dessa reação será a que mostra-
mos ao lado. Após certo tempo t, os reagentes N2 e H2 acabam e a
reação pára. Teremos então a quantidade máxima possível de NH3.
Lembrando que, em Química, a melhor maneira de medir a quan-
tidade de uma substância é usando a unidade mol, diremos que, no
estudo da cinética química, é interessante o emprego da quantidade de
mols da substância por litro de mistura reagente. Essa grandeza é cha-
mada molaridade. Assim, define-se:
Velocidade média de uma reação química é o quociente da variação da molaridade
de um dos reagentes (ou produtos) da reação pelo intervalo de tempo em que essa
variação ocorre.
Voltando à reação N2 " 3 H2 2 NH3, podemos dizer que a velocidade média dessa reação,
em relação ao NH3, é:
(Velocidade média)
(Variação da molaridade do NH em mol/L)
(Intervalo de tempo)
3%
No estudo da cinética química, é comum indicarmos molaridades usando colchetes; assim, [NH3]
indica a molaridade do NH3. Considerando que, na Matemática, é comum o uso da letra grega delta (∆)
para indicar variações, a fórmula acima pode ser abreviada para:
v
tm
3[NH% ∆
∆
]
Nessa expressão, ∆[NH3] é a diferença entre a molaridade final e a molaridade inicial do NH3 no
intervalo de tempo ∆t.
Vamos agora considerar, por exemplo, que a reação N2 " 3 H2 2 NH3 nos forneça os se-
guintes resultados, sob determinadas condições experimentais:
Reagentes (N
2 e H
2)
Q
ua
nt
id
ad
es
Pro
du
to (
NH3
)
t (tempo)0
Utilizando os dados dessa tabela, obtemos, de acordo com a definição, as seguintes velocida-
des médias:
• no intervalo de 0 a 5 min: vm
0
0
%
#
#
20 0
5
, ⇒ vm % 4,0 mol/L " min
• no intervalo de 5 a 10 min: vm
2,5 20,0
0 5
%
#
#
3
1
⇒ vm % 2,5 mol/L " min
• no intervalo de 10 a 15 min: vm
0,0 32,5
5 10
%
#
#
4
1
⇒ vm % 1,5 mol/L " min
• no intervalo de 15 a 20 min: vm
3,5 40,0
0 15
%
#
#
4
2
⇒ vm % 0,7 mol/L " min
Perceba que esse cálculo é muito semelhante ao cálculo de velocidade média feito em Física. De
fato, se, na segunda coluna da tabela anterior, no lugar de “molaridade” tivéssemos “quilômetros roda-
dos por um automóvel”, o mesmo cálculo teria nos fornecido a velocidade média do automóvel em
cada um dos intervalos de tempo.
Tempo de reação (min) Variação da molaridade do NH3 (mol/L)
0 0
5 20,0
10 32,5
15 40,0
20 43,5
Capitulo 04A-QF2-PNLEM 4/6/05, 16:29145