a velocidade da reação representa a velocidade com que os reagentes são consumidos ou a velocidade que os produtos são formados.
A velocidade de uma reação representa a maneira como essa reação se desenvolve ao longo de um certo tempo. Enquanto que a estequiometria relaciona as quantidades de reagentes ou de produtos de uma certa reação química.
Sendo assim, trabalharemos com a massa, com o volume e o número de mols das substâncias que participam da reação.
Velocidade da reação
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, logo, com o passar do tempo aumenta consideravelmente.
Assim, a velocidade de uma reação representa a velocidade com que os reagentes são consumidos ou a velocidade com que os produtos são formados.
O cálculo da velocidade 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 é representada por:
∆t = intervalo de tempo, e é representado por: tfinal – tinicial
∆[ ] = [final] – [inicial]
Fatores que alteram a velocidade da reação
Alguns fatores podem alterar a velocidade de uma reação química como a concentração, a temperatura, a pressão, a superfície de contato e a presença de catalisador.
Temperatura
Aumentando a temperatura ocorre um maior estado de agitação das moléculas, com maiores probabilidades de colisão entre elas. Assim temos um aumento na velocidade da reação.
Pressão
Além da temperatura, o aumento da pressão aumenta a velocidade da reação, se pelo menos um dos reagentes estiver no estado gasoso. Isso porque, se comprimirmos os reagentes, eles se aproximam, aumentando a taxa de colisão entre eles, formando mais produtos.
Concentração dos reagentes
Além disso, outro fator a ser levado em consideração é o aumento da concentração dos reagentes. Isso promove o aumento do número de choques entre as moléculas. Assim a velocidade da reação química aumenta.
Superfície de contato
Quanto maior for a superfície de contato dos reagentes, maior será a probabilidade de contato entre eles. Dessa maneira, temos uma velocidade da reação maior.
Vamos citar um exemplo para facilitar a compreensão: dissolvemos um comprimido inteiro efervescente em um copo com água, ou o mesmo comprimido quebrado em vários pedaços em um copo com água. Dessa forma, quem irá se dissolver mais rápido?
O comprimido que foi quebrado, pois quanto mais particulado estiverem as moléculas dos reagentes, maior será sua superfície de contato com a água do copo.
Presença de um catalisador
A presença de um catalisador nas reações químicas promove a aceleração dessas reações através da diminuição da energia de ativação. Além disso, o catalisador participa da reação, sendo recuperado ao final da mesma.
No gráfico acima, que relaciona energia com o caminho da reação, podemos verificar que a energia de ativação necessária para que as reações ocorram foi menor na reação com presença de catalisador.
Observação: a energia de ativação é a energia necessária para que ocorra uma reação.
Como vamos trabalhar a estequiometria com a velocidade?
Os cálculos estequiométricos estão baseados nas Leis Ponderais, como na Lei de Conservação das Massas, onde a soma das massas dos reagentes é igual a soma das massas dos produtos. Além disso, é também baseado na Lei de Proust, a lei das proporções constantes.
Em primeiro lugar, devemos interpretar uma reação química, sabendo que antes da seta estão localizados os reagentes, e após a seta estão os produtos.
A + B → C + D
Assim, essa reação significa que: A + B reagem entre si, formando como resultado C + D.
Devemos sempre ter as mesmas quantidades dos elementos nos reagentes e nos produtos, promovendo o balanceamento da reação. Assim como uma regra, podemos sempre deixar os átomos de hidrogênio e de oxigênio para o final do balanceamento.
Uma dica básica, geralmente nos cálculos estequiométricos, o enunciado dá informações sobre X elemento. Mas a pergunta pede sobre Y elemento. Assim, você terá que relacionar os dois, por meio de uma regra de três.
Ademais, os enunciados e as perguntas das questões abordam dados relativos às massas, ao volume e ao número de mols das substâncias.
Podemos relacionar na estequiometria 1 mol com a massa molar das substâncias, com o volume (22,4l nas CNTP) e com o número de moléculas, equivalente a 6,0 x 10²³. Nesse sentido, o mol dentro de uma reação química é o número que se encontra na frente de cada substância.
Exercício resolvido
(UNEB-BA-2013) A amônia é produzida industrialmente pela reação:
N2(g) + H2(g) → NH3(g)
Dados: massa molar H2 = 2 g/mol
Numa certa experiência a velocidade de consumo do gás hidrogênio foi de 120 g por minuto. Portanto, a velocidade de formação do gás amônia nessa experiência, em mols/minuto será:
Resolução:
Primeiramente devemos observar se a reação está balanceada.
Verificamos que temos nos reagentes dois átomos de nitrogênio e do lado dos produtos temos apenas um átomo de nitrogênio. Devemos então multiplicar a amônia (NH3) por dois, isso resultará em dois átomos de nitrogênio e seis átomos de hidrogênio.
N2(g) + H2(g) → 2 NH3(g)
Agora iremos verificar as quantidades do átomo de hidrogênio: no lado dos reagentes temos dois átomos, e no lado dos produtos, temos seis átomos (2 x 3).
Equação balanceada
Então devemos acrescentar o número três na frente do gás hidrogênio, ficando a reação:
N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)
Com isso, balanceamos a nossa reação, pois todos os elementos estão distribuídos na mesma quantidade em ambos os lados da reação. Então iremos realizar os cálculos solicitados pelo enunciado.
Devemos relacionar o hidrogênio e a amônia. Mas a estequiometria da reação está baseada no número de mols, enquanto o exercício está em gramas. Então devemos passar para número de mol:
Foi dado no enunciado a massa molar do hidrogênio então:
2 g ______ 1 mol
120 g _____ x
2 x = 120
x = 60 mol
Assim, iremos calcular a velocidade da amônia:
3 mol H2 _______ 2 mol NH3
60 mol _______ x
3 x = 60 x 2
x = 40 mol
Logo: V[NH3] = 40 mol/minuto
(PUC-MG-2014)
De acordo com a equação:
2 NO2(g) + 4 CO(g) → 1 N2(g) + 4 CO2(g)
Admita que a formação do N2(g) tem uma velocidade média constante igual a 0,05 mol/min. Assim a massa de CO2, em gramas, formadas em 1 hora é:
Dados: massa molar CO2 = 44 g/mol
Resolução:
Novamente, em primeiro lugar observamos se a reação está balanceada. Temos nos reagentes dois átomos de nitrogênio e nos produtos a mesma quantidade.
Além disso, temos também quatro átomos de carbono nos reagentes e quatro átomos de carbono nos produtos. Por fim, temos oito átomos de oxigênio nos reagentes (4 + 4) e oito átomos de oxigênio nos produtos (4 x 2). Então a reação está balanceada.
Agora vamos passar a velocidade do N2 para horas, porque o enunciado pede a resposta em horas. Temos que 1 hora é equivalente a 60 minutos.
0,05 mol _____ 1 minuto
x _____ 60 minutos
x = 3 mol/hora
Agora ele compara no exercício o N2 com o CO2 e pede a massa em gramas. Então devemos usar a massa molar do CO2, que consta do enunciado. Mas primeiro iremos calcular o número de mols do CO2, utilizando os coeficientes estequiométricos da reação.
1 mol N2 _____ 4 mol CO2
3 mol N2 _____ x
x = 3 x 4= 12 mol CO2
Agora calculamos a massa do CO2:
44 g CO2 _____ 1 mol
x _____- 12 mol
x = 44 x 12 = 528 g/hora
Resumo da aula em vídeo
Exercícios
1)(UFF-RJ-2012)
Acompanhando a evolução dos transportes aéreos, as modernas caixas-pretas registram centenas de parâmetros a cada segundo, constituindo recurso fundamental na determinação das causas de acidentes aeronáuticos. Esses equipamentos devem suportar ações destrutivas e o titânio, metal duro e resistente, pode ser usado para revesti-los externamente.
O titânio é um elemento possível de ser obtido a partir do tetracloreto de titânio por meio da reação não balanceada:
TiCl4(g) + Mg(s) → MgCl2(l) + Ti(s)
Considere que essa reação foi iniciada com 9,5 g de TiCl4(g). Supondo que tal reação seja total, a massa de titânio obtida será, aproximadamente:
(Dados: Ti = 48 u; Cl = 35,5 u; Mg = 24 u.)
a) 1,2 g
b) 2,4 g
c) 3,6 g
d) 4,8 g
e) 7,2 g
Gabarito: b
2) (PUC-RS-2013)
Relacione os fenômenos descritos na coluna I com os fatores que influenciam sua velocidade mencionados na coluna II.
Coluna I
1 – Queimadas alastrando-se rapidamente quando está ventando;
2 – Conservação dos alimentos no refrigerador;
3 – Efervescência da água oxigenada na higiene de ferimentos;
4 – Lascas de madeiras queimando mais rapidamente que uma tora de madeira.
Coluna II
A – Superfície de contato
B – Catalisador
C – Concentração
D – Temperatura
Assim, a alternativa que contém a associação correta entre as duas colunas é
a) 1 – C; 2 – D; 3 – B; 4 – A.
b) 1 – D; 2 – C; 3 – B; 4 – A.
c) 1 – A; 2 – B; 3 – C; 4 – D.
d) 1 – B; 2 – C; 3 – D; 4 – A.
e) 1 – C; 2 – D; 3 – A; 4 – B.
Gabarito: a
3) (ACAFE-SC-2013)
O conhecimento da velocidade das reações químicas é de extrema importância para a produção industrial de uma série de produtos. Analise as afirmações a seguir.
I. A velocidade de uma reação química geralmente cresce com o aumento da temperatura.
II. A velocidade de uma reação química sempre independe da concentração dos reagentes.
III. A velocidade de uma reação química depende da orientação apropriada das moléculas na hora do choque.
IV. Para os sólidos, quanto maior a superfície de contato, menor será a velocidade da reação química.
De acordo com as afirmações acima, assinale a alternativa que indica somente as afirmações corretas.
a) II – III
b) I – IV
c) II – IV
d) I – II
e) I – III
Gabarito: e
4) (Udesc-2012)
Se um comprimido efervescente que contém ácido cítrico e carbonato de sódio for colocado em um copo com água, e mantiver-se o copo aberto, observa-se a dissolução do comprimido acompanhada pela liberação de um gás. Assim, assinale a alternativa correta sobre esse fenômeno.
a) A massa do sistema se manterá inalterada durante a dissolução.
b) A velocidade de liberação das bolhas aumenta com a elevação da temperatura da água.
c) Se o comprimido for pulverizado, a velocidade de dissolução será mais lenta.
d) O gás liberado é o oxigênio molecular.
e) O fenômeno corresponde a um processo físico.
Gabarito: b
5) (Ufal-2007)
A sabedoria popular diz que o “fogo de palha queima rápido”. Quando se compara a queima de um tronco de árvore com a da palha derivada de um vegetal nota-se a veracidade desse dito popular. O aumento da velocidade de reação de combustão da palha quando comparada à combustão do tronco deve-se, portanto:
a) à formação de produtos diferentes de reação.
b) à diferente composição da celulose nas células vegetais.
c) ao maior conteúdo de água na palha.
d) à presença de substâncias voláteis na palha.
e) à maior superfície de contato entre os reagentes (celulose e oxigênio).
Gabarito: e
