A cinética química é o ramo da Química que estuda a rapidez ou velocidade de uma reação química e os fatores que influenciam essas reações.
O que é cinética química
A cinética química é o ramo da Química que estuda a rapidez ou velocidade de uma reação química. As condições ambientais e também as substâncias envolvidas nas reações influenciam nas suas velocidades. Sendo assim, as reações químicas ocorrem com diferentes velocidades.
Energia e reações
Cada substância possui uma certa quantidade de energia (calor) em seu interior para manter os átomos unidos, que poderá ser modificada toda vez que essa substância sofrer qualquer transformação.
As reações químicas são rearranjos de átomos em que as quebras das ligações químicas das substâncias irão originar novas ligações e, consequentemente, novas moléculas. Podemos comprovar a sua ocorrência pela liberação de gás, de luz, formação de precipitado, mudanças na coloração e na temperatura da reação.
Em uma reação química, para que uma ligação seja rompida é preciso fornecer energia à reação, e para formar uma nova ligação, deve-se liberar energia.
Sendo assim, as reações químicas liberam ou absorvem energia do ambiente para que seus componentes possam interagir e formar novos compostos.
No nosso cotidiano, as reações químicas se processam com velocidades diferentes. Algumas podem ser muito rápidas, como uma explosão ou a queima dos fogos de artifício e um comprimido efervescente. Enquanto isso, existem outras lentas, que podem demorar vários anos, como a fermentação do suco de uva, usada na fabricação do vinho, ou a formação de petróleo.
O que é necessário para que ocorra uma reação química
Para que uma reação possa ocorrer há a necessidade de contato com orientação adequada entre as moléculas dos reagentes. Esse contato se dá por meio de choques e, assim, suas ligações são quebradas e se formam as novas ligações das moléculas dos produtos. Nessa etapa é formado o complexo ativado.
Há também a necessidade de afinidade química entre os reagentes da reação, ou seja, eles precisam reagir entre si para formar novos produtos. Portanto, podemos dizer que quanto maior for a afinidade química entre as substâncias, maior será a velocidade dessa reação.
Por último, quando as moléculas dos reagentes começam a reagir, devem bater umas nas outras, o que provoca a ruptura de suas ligações, formando novas ligações. Assim, quanto maior a quantidade de choques entre as moléculas, maior será a velocidade dessa reação química.
A energia necessária para que uma reação ocorra é denominada energia de ativação. Essa energia propicia o choque entre as moléculas dos reagentes, quebrando suas ligações e formando os produtos da reação.
O ponto mais alto do gráfico representa o complexo ativado, que é um estado intermediário entre os reagentes e os produtos. Ele compreende o ponto em que os reagentes começam a receber energia, até o momento final, que é o ponto mais alto.
Energia de ativação
Mas como podemos interpretar a energia de ativação? Usamos os gráficos de entalpia da termoquímica, onde teremos as reações exotérmicas que liberam calor para o ambiente, pois a energia presente nos reagentes é maior que a energia dos produtos. Assim, ocorre uma sobra de energia na reação, que será liberada na forma de calor.
Já as reações endotérmicas absorvem calor do ambiente, sendo que esse calor é incorporado para que a reação química possa acontecer. O equilíbrio da reação é deslocado para a formação dos produtos.
Nos gráficos acima – que envolvem a energia necessária para que a reação ocorra, e o caminho da reação –, temos as reações exotérmicas e endotérmicas. Verificamos que as reações exotérmicas necessitam de menos energia de ativação para que a reação ocorra. Enquanto isso, as reações endotérmicas necessitam de muita energia de ativação para que a reação ocorra.
Assim, a reação mais rápida será aquela que precisa de menos energia de ativação para ocorrer.
O que é a velocidade média de uma reação química
A velocidade média de uma reação representa a velocidade com que os reagentes são consumidos, ou a velocidade com que os produtos são formados.
No início de uma reação química, a quantidade ou concentração de reagentes é muito grande, e vai diminuindo com o passar do tempo para a formação dos produtos. A quantidade ou concentração dos produtos no início é igual a zero, e com o passar do tempo aumenta consideravelmente.
Podemos representar graficamente uma reação química, e entender como ocorre o consumo dos reagentes e a formação dos produtos da reação.
Na reação: N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)
Temos o seguinte gráfico:
O gráfico acima relaciona a concentração dos compostos pelo tempo em que ocorrem as reações. Verificamos que os dois reagentes são consumidos e que suas quantidades diminuem com o passar do tempo. Ao mesmo tempo, a quantidade de produto formado aumenta com o passar do tempo.
Como calcular a velocidade média de uma reação química
O cálculo da velocidade média é determinado pela razão entre a variação da concentração dos reagentes ou dos produtos, e o intervalo de tempo no qual a reação ocorreu.
A concentração é expressa em: [ ], e sua unidade é mol/L. A variação de tempo é expressa em: ∆t, podendo ser usadas as unidades em hora, minuto e segundo.
A fórmula da velocidade média é representada por:
∆t = intervalo de tempo, e é representado por: t final – t inicial
∆[ ] = [final] – [inicial]
Observação: a variação da concentração dos reagentes apresenta valor negativo, pois sua concentração final é menor do que a inicial. Para realizar seu cálculo, devemos usar o módulo: | | na fórmula.
Exercícios resolvidos
Exercício 1
1Calcular a velocidade média de formação da amônia no intervalo de tempo correspondente entre 0 a 1 minuto, de acordo com a reação: 2 NH3 → N2 + 3 H2
[NH3]mol/L: tempo (minuto):
8 0
4 1
2 2
1 3
Resolução:
null
null
null
Exercício 2 (UECE-2010)
Seja a reação: X → Y + Z. A variação na concentração de X em função do tempo é:
X (mol/L)
1
0,7
0,4
0,3
Tempo (s)
0
120
300
540
A velocidade média da reação no intervalo de 2 a 5 minutos é:
a) 0,3 mol/L.min.
b) 0,1 mol/L.min.
c) 0,5 mol/L.min.
d) 1,0 mol/L.min.
e) 1,5 mol/L.min.
Resolução:
Primeiramente devemos saber que 2 minutos representam 120 segundos, e que 5 minutos representam 300 segundos.
Vamos agora para a fórmula da velocidade média:
Gabarito: b
Cálculo da velocidade média com o coeficiente estequiométrico
Podemos calcular também a velocidade média da reação química, sem citar a formação de produtos ou o consumo de reagentes. Nesse caso, iremos trabalhar com o valor das velocidades de cada participante dividindo pelo seu coeficiente estequiométrico.
Nesta fórmula que descrevemos abaixo, a quantidade que é formada ou a quantidade que é consumida não pode ser expressa por massa.
Na reação: 2A + 3 B → C
Para calcularmos a velocidade média da reação iremos dividir as concentrações de cada composto pelo seu coeficiente estequiométrico, tendo no final de cada equação valores iguais:
Exercício resolvido
(UNIFICADO-RJ-2012) Numa experiência envolvendo o processo: N2 + 3H2 → 2NH3,
a velocidade da reação foi expressa como = 4,0 mol/L.h. Considerando-se a não ocorrência de reações secundárias, a expressão dessa mesma velocidade, em termos de concentração de H2, será:
a) -Δ[H2]/Δt = 1,5 mol/L.h
b) -Δ[H2]/Δt = 5,0 mol/L.h
c) – Δ[H2]/Δt= 6,0 mol/L.h
d) -Δ[H2]/Δt = 8,0 mol/L.h
e) -Δ[H2]/Δt = 12,0 mol/L.h
Resolução:
O valor da velocidade da reação consta do enunciado. Assim, vamos calcular o valor da velocidade da concentração de H2 usando a fórmula:
null
Sabemos o valor da velocidade da reação, então:
null
Portanto, V [H2] = 12 mol/L.h. A resposta correta é a letra “e”.
Videoaula sobre cinética química
Por fim, para entender melhor sobre cinética química e velocidade das reações, veja esta aula do prof. Sobis:
Exercícios de cinética química e velocidade das reações
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Pergunta 1 de 10
1. Pergunta
(UDESC SC/2017)
A cinética química é a área da química que trata das velocidades das reações.
Analise os processos em relação à cinética química.
I. Quando o carvão está iniciando a sua queima, as pessoas ventilam o sistema para que a queima se propague mais rapidamente.
II. Um comprimido efervescente se dissolve mais rapidamente quando triturado.
Assinale a alternativa que contém os fatores que influenciam as velocidades das reações químicas nos processos descritos em I e II, respectivamente.
Correto
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Incorreto
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Pergunta 2 de 10
2. Pergunta
(UDESC SC/2016)
Cinética química é a parte da Química que estuda a velocidade das reações, a influência das concentrações de produtos e os reagentes na velocidade, assim como a influência de outros fatores, como temperatura, presença de catalisador, inibidor, etc. Em termodinâmica estuda-se o equilíbrio entre espécies químicas em uma reação, assim como fatores que influenciam o deslocamento desse equilíbrio, que podem ser variados de forma a maximizar ou minimizar a obtenção de um determinado composto.
Sobre essas duas importantes áreas da Química, analise as proposições.
I. A influência da concentração dos reagentes sobre a velocidade de uma reação é dada pela sua lei de velocidade, que é uma expressão matemática que sempre envolve a concentração de todos os reagentes, cada um elevado ao seu coeficiente estequiométrico.
II. A posição de um dado equilíbrio químico – o lado para o qual ele se encontra majoritariamente deslocado – pode ser deduzida a partir da lei de velocidade para qualquer equilíbrio químico.
III. Reações lentas são reações necessariamente deslocadas para os reagentes. Já reações rápidas se processam com consumo total dos reagentes e de maneira quase imediata.
IV. À pressão constante, o aumento da temperatura tem sempre uma influência de aumentar a velocidade de uma reação, mas o efeito desse aumento sobre o deslocamento do equilíbrio depende, primordialmente, da variação de entalpia para a reação na faixa de temperatura avaliada.
V. Tempo de meia vida é o tempo necessário para que a concentração de um reagente caia a metade de seu valor inicial, correspondendo ao tempo de equilíbrio da reação, que é definido como o tempo necessário para que metade dos produtos se transforme em reagente.
Assinale a alternativa correta.
Correto
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Incorreto
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Pergunta 3 de 10
3. Pergunta
(IFPE/2015)
A cinética química é parte da química que estuda a velocidade ou rapidez das reações químicas e, se controlarmos algumas delas, podemos tirar proveito de seus efeitos, por exemplo, se você deixa o leite líquido fora da geladeira, em algumas horas ele pode ficar azedo e, no entanto, se colocado na geladeira, pode durar dias. Já para cozinhar os alimentos, utilizamos a panela de pressão porque nela podemos atingir temperaturas maiores que 100ºC, acelerando o cozimento. Para fazer com que as reações ocorram mais rapidamente, utilizam-se os catalisadores, que são substâncias aceleradoras da velocidade das reações, mas não são por elas consumidas. Analise as afirmações abaixo em relação aos catalisadores.
I. Os catalisadores aceleram a velocidade das reações químicas porque diminuem a energia de ativação.
II. Os catalisadores aumentam a massa do produto obtido na reação.
III. Os catalisadores transformam uma reação direta em uma reação inversa.
IV. Os catalisadores aumentam as quantidades de calor liberados ou absorvidos nos processos químicos.
V. Luz e calor também são considerados catalisadores, pois aceleram a velocidade das reações
É(São) verdadeira(s):
Correto
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Incorreto
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Pergunta 4 de 10
4. Pergunta
(FCM PB/2015)
Conhecer os fundamentos teóricos da cinética química é de grande importância, principalmente para as indústrias químicas. Afinal, acelerando-se as reações, reduz-se o tempo gasto com a produção, tornando os processos químicos mais econômicos e os produtos finais mais competitivos no mercado. Com relação à cinética das reações, considere o mecanismo abaixo da reação de decomposição do peróxido de hidrogênio em presença de íons iodeto.
Com base no mecanismo, assinale a alternativa correta.
Correto
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Incorreto
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Pergunta 5 de 10
5. Pergunta
(UNCISAL/2014)
A Cinética Química estuda a velocidade das reações químicas e os fatores que a influenciam. A velocidade de uma reação é determinada por meio de leis deduzidas a partir da concentração de reagentes e produtos formados.
Considere as seguintes afirmações sobre estudos cinéticos de uma reação química e assinale a correta.
Correto
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Incorreto
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Pergunta 6 de 10
6. Pergunta
(UDESC SC/2012)
A cinética química e a parte da química que trata das velocidades das reações. Macroscopicamente, os resultados de estudos cinéticos permitem a modelagem de sistemas complexos, tais como processos que ocorrem na atmosfera ou até mesmo no corpo humano. O estudo de catalisadores, que são cruciais para a indústria química e para o desenvolvimento de novos combustíveis, também é um ramo da cinética química.
Sobre esse tema, leia atentamente as proposições abaixo.
I. A energia de ativação de uma reação é uma medida da energia cinética mínima necessária às espécies, para que reajam quando elas colidirem.
II. Em uma reação que ocorre em múltiplas etapas, as etapas que ocorrem mais rapidamente serão determinantes para a velocidade da reação global.
III. Um catalisador é uma substância que modifica o mecanismo de reação, provendo uma rota alternativa com energia de ativação drasticamente aumentada para a reação, o que diminui assim a velocidade da reação.
IV. Uma reação ocorre geralmente como resultado de uma série de etapas chamadas de reações elementares. Numa reação elementar, a molecularidade é definida pelo número de partículas (moléculas, átomos ou íons) de reagente envolvidas em uma reação elementar.
V. A constante de velocidade de uma reação pode ser obtida pela medida da constante de equilíbrio da reação. A relação entre as constantes de equilíbrio da reação direta e inversa, quando estas são iguais, fornece o valor da constante de velocidade.
Assinale a alternativa correta.
Correto
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Incorreto
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Pergunta 7 de 10
7. Pergunta
(Fac. Israelita de C. da Saúde Albert Einstein SP/2018)
Para que uma reação química aconteça, as moléculas dos reagentes devem colidir com geometria favorável e devem possuir energia suficiente. Se essas duas condições forem atingidas ocorrerá a formação do complexo ativado, o qual corresponde a um estado de transição. Existem vários fatores que influenciam na rapidez das reações, por exemplo, a superfície de contato e a temperatura.
O gráfico mostra a variação da energia cinética das moléculas em baixa e alta temperatura. Sobre a influência do aumento da temperatura para a formação do complexo ativado e na rapidez das reações químicas foram feitas as afirmações abaixo
I. Com o aumento da temperatura, um maior número de moléculas irá possuir energia suficiente para atingir o estado de ativação.
II. O aumento da temperatura aumenta o número de colisões entre as moléculas dos reagentes e, consequentemente, aumentam os choques não eficazes e os eficazes.
III. Para que ocorra a formação do complexo ativado, as moléculas dos reagentes devem possuir uma quantidade de energia no mínimo igual à energia de ativação e, portanto, o aumento de temperatura favorece a formação do complexo ativado.
IV. A formação do complexo ativado ocorre apenas em reações endotérmicas.
As afirmativas corretas são:
Correto
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Incorreto
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Pergunta 8 de 10
8. Pergunta
(UNIRG TO/2018)
Para armazenar alimentos em conserva, são utilizadas latas metálicas seladas, fabricadas com um material chamado folha de flandres. Trata-se de uma chapa de aço revestida com uma fina camada de estanho, metal brilhante, que apresenta elevado potencial de oxidação, superior ao do ferro, presente no aço da lata. Pode-se ainda revestir a superfície interna com uma camada de verniz à base de epóxi, ou aumentar a espessura da camada de estanho. Recomenda-se não comprar uma lata de conserva amassada, porque o amassado pode:
Correto
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Incorreto
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Pergunta 9 de 10
9. Pergunta
(Mackenzie SP/2018)
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Pergunta 10 de 10
10. Pergunta
(UEA AM/2017)
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