Cinética Química

Revisão por Rubens Castilho

Professor de Biologia e Química Geral

A cinética química estuda a velocidade das reações químicas e os fatores que alteram esta velocidade.

Reações químicas são o resultado de ações entre substâncias que geralmente formam outras substâncias.

Velocidade das Reações Químicas

O que determina a rapidez com que ocorre uma reação química é o tempo em que os reagentes são consumidos para formar produtos. Assim, a velocidade de uma reação pode ser representada tanto pelo consumo de um reagente, quanto pela geração de um produto.

Antes de acontecer a reação química, temos quantidade máxima de reagentes e nenhum produto. Quando um dos reagentes é totalmente consumido, formam-se os produtos e a reação termina.

Cinética química: gráfico e velocidade das reações

A Velocidade Média de uma reação química é a variação na quantidade de um reagente ou produto em um determinado intervalo de tempo.

$reto V com reto m subscrito espaço igual a espaço numerador abre barra vertical variação espaço da espaço quantidade espaço da espaço substância fecha barra vertical sobre denominador variação espaço do espaço tempo fim da fração$

Quando calculamos a velocidade média, queremos saber a velocidade em que um reagente foi consumido ou a velocidade em que um produto foi formado.

As unidades utilizadas no cálculo para expressar as substâncias produzidas ou consumidas podem ser, por exemplo, concentração, em mol/L, quantidade de matéria, em mol, e variação da pressão para gases, em atm. Já a variação do tempo pode ser dada em segundos (s), minutos (min) ou horas (h).

Exemplo: uma reação química genérica pode ser representada pela equação:

$aA espaço mais espaço bB espaço seta para a direita espaço cC espaço mais espaço dD$

Onde,

A e B são os reagentes
C e D são os produtos
a, b, c e d são os coeficientes da equação balanceada

Portanto, a velocidade de consumo dos reagentes e de formação dos produtos podem ser expressas da seguinte forma:

Consumo	Formação
$reto V com reto m subscrito espaço igual a espaço numerador incremento parêntese recto esquerdo reto A parêntese recto direito sobre denominador incremento reto t fim da fração$	$reto V com reto m subscrito espaço igual a espaço numerador incremento parêntese recto esquerdo reto C parêntese recto direito sobre denominador incremento reto t fim da fração$
$reto V com reto m subscrito espaço igual a espaço numerador incremento parêntese recto esquerdo reto B parêntese recto direito sobre denominador incremento reto t fim da fração$	$reto V com reto m subscrito espaço igual a espaço numerador incremento parêntese recto esquerdo reto D parêntese recto direito sobre denominador incremento reto t fim da fração$

Note que o símbolo [ ] refere-se à concentração, geralmente apresentada em mol/L.

A taxa de desenvolvimento média de uma reação química leva em consideração, além do consumo ou formação dos produtos, os coeficientes da equação balanceada.

$reto V com reto m subscrito espaço igual a abre barra vertical numerador menos incremento parêntese recto esquerdo reto A parêntese recto direito sobre denominador reto a incremento reto t fim da fração fecha barra vertical igual a abre barra vertical numerador menos incremento parêntese recto esquerdo reto B parêntese recto direito sobre denominador reto b incremento reto t fim da fração fecha barra vertical igual a abre barra vertical numerador incremento parêntese recto esquerdo reto C parêntese recto direito sobre denominador reto c incremento reto t fim da fração fecha barra vertical igual a abre barra vertical numerador incremento parêntese recto esquerdo reto D parêntese recto direito sobre denominador reto d incremento reto t fim da fração fecha barra vertical$

Observe que os valores negativos indicam o consumo da substância e os valores positivos indicam que as substâncias estão surgindo.

As reações químicas diferem na velocidade em que acontecem. Elas podem ser rápidas, moderadas ou lentas:

Reações rápidas ocorrem instantaneamente, com duração de microssegundos. Um exemplo é a queima do gás de cozinha.
Reações moderadas levam de minutos a horas para serem finalizadas. Um exemplo é a queima do papel.
Reações lentas podem durar séculos, porque os reagentes combinam-se lentamente. Um exemplo é a formação do petróleo.

Teoria das Colisões

A teoria das colisões é aplicada para reações gasosas. Ela determina que para a reação química acontecer os reagentes devem estar em contato, através de colisões.

Entretanto, apenas isso não garante que a reação ocorra. Também é preciso que as colisões sejam efetivas (orientadas). Isso garantirá que as moléculas adquiram energia suficiente, a energia de ativação.

Energia de ativação

A energia de ativação (Ea) é a energia mínima necessária para que a formação do complexo ativado e, portanto, efetiva realização da reação.

O complexo ativado é um estado transitório da reação, entre os reagentes, enquanto os produtos finais ainda não foram formados.

As reações mais rápidas são aquelas que apresentam a menor energia de ativação. Um exemplo de energia de ativação no nosso dia a dia é a energia obtida pelo atrito para acender um fósforo.

Fatores que Influenciam na Velocidade das Reações

Os principais fatores que afetam a velocidade das reações são:

Concentração de Reagentes

Quando a concentração dos reagentes aumenta, a frequência de choques entre as moléculas também aumenta, acelerando a reação. Quanto maior a concentração dos reagentes, maior a velocidade da reação.

Superfície de Contato

Essa condição afeta apenas reações entre sólidos. A superfície de contato é a área de um reagente que fica exposta aos demais reagentes. Como as reações precisam de contato entre os reagentes, concluímos que: quanto maior a superfície de contato, maior a velocidade da reação.

Pressão

Essa condição afeta apenas reações com gases. Com o aumento da pressão, o espaço entre as moléculas diminui, fazendo com que tenham mais colisões, aumentando a velocidade da reação. Quanto maior a pressão, maior a velocidade da reação.

Temperatura

Temperatura é uma medida de energia cinética, que corresponde ao grau de agitação das partículas. Quando a temperatura é alta, as moléculas estão mais agitadas, aumentando a velocidade da reação. Quanto maior a temperatura, maior a velocidade da reação.

Catalisadores

O catalisador é uma substância capaz de acelerar uma reação química, sem ser consumido ao final da reação. As enzimas são catalisadores biológicos. A presença de um catalisador aumenta a velocidade da reação.

Exercícios sobre cinética química

Questão 1

(Cesgranrio) Com relação a um fogão de cozinha, que utiliza mistura de hidrocarbonetos gasosos como combustível, é correto afirmar que:

a) a chama se mantém acesa, pois o valor da energia de ativação para ocorrência da combustão é maior que o valor relativo ao calor liberado.
b) a reação de combustão do gás é um processo endotérmico.
c) a entalpia dos produtos é maior que a entalpia dos reagentes na combustão dos gases.
d) a energia das ligações quebradas na combustão é maior que a energia das ligações formadas.
e) se utiliza um fósforo para acender o fogo, pois sua chama fornece energia de ativação para a ocorrência da combustão.

Ver Resposta

Alternativa correta: e) se utiliza um fósforo para acender o fogo, pois sua chama fornece energia de ativação para a ocorrência da combustão.

A energia de ativação pode ser entendida como uma “barreira” que deve ser vencida para que uma reação química ocorra.

O fósforo, através do atrito, é capaz de fornecer a energia de ativação necessária para a ocorrência da combustão, que é útil para o rompimento das ligações dos reagentes para formação dos produtos.

Questão 2

(CEFET-PR-2003) A velocidade de uma reação pode ser medida verificando-se experimentalmente quanto de reagentes (ou produtos) são consumidos (ou gerados) num determinado intervalo de tempo. Dependendo das condições experimentais, a velocidade pode ser extremamente lenta ou rápida.

Reações rápidas devem ser controladas, para que ocorram sob condições tais que possam trazer algum benefício prático. Já as reações muito lentas devem ser aceleradas para que a produção de uma determinada substância seja economicamente viável. Para que sejam alcançadas estas condições é necessário compreender algumas condições que influenciam a velocidade de uma reação.

A alternativa que NÃO representa um fator que altera a velocidade de uma reação é:

a) concentração dos reagentes.
b) número de colisões efetivas.
c) superfície de contato.
d) temperatura.
e) variação de entalpia da reação.

Ver Resposta

Alternativa correta: e) variação de entalpia da reação.

A velocidade de uma reação química pode ser alterada com:

Maior concentração de reagentes, pois há uma maior probabilidade de ocorrer colisões efetivas entre as moléculas;
Colisões efetivas de moléculas com orientação favorável;
Aumento da temperatura;
Maior superfície de contato.

A variação de entalpia está relacionada com a energia absorvida ou liberada em uma reação química.

Questão 3

Observe a seguir uma reação hipotética de decomposição.

$reto A espaço seta para a direita espaço reto B espaço mais espaço reto C$

A variação de concentração do reagente em função do tempo está representada na tabela a seguir:

[A] em mol/L	0,244	0,200	0,180	0,175	0,162
Tempo em min	0	3	5	9	12

Com base nos dados, qual a velocidade média de decomposição entre 3 e 5 minutos?

a) 0,01 mol/L.min
b) 0,02 mol/L.min
c) 0,12 mol/L.min
d) 0,10 mol/L.min

Ver Resposta

Alternativa correta: a) 0,01 mol/L.min.

$reto V com reto m subscrito espaço igual a espaço abre barra vertical numerador incremento parêntese recto esquerdo reto A parêntese recto direito sobre denominador incremento reto t fim da fração fecha barra vertical reto V com reto m subscrito espaço igual a espaço abre barra vertical numerador parêntese recto esquerdo reto A parêntese recto direito com reto f subscrito espaço menos parêntese recto esquerdo reto A parêntese recto direito com reto i subscrito espaço sobre denominador reto t com reto f espaço subscrito fim do subscrito menos espaço reto t com reto i subscrito fim da fração fecha barra vertical reto V com reto m subscrito espaço igual a espaço abre barra vertical numerador 0 vírgula 180 espaço menos espaço 0 vírgula 200 sobre denominador 5 espaço menos espaço 3 fim da fração fecha barra vertical reto V com reto m subscrito espaço igual a abre barra vertical numerador menos 0 vírgula 02 sobre denominador 2 fim da fração fecha barra vertical reto V com reto m subscrito espaço igual a 0 vírgula 01 espaço mol dividido por reto L. min$

Questão 4

(Unesp) Sobre catalisadores, são feitas as quatro afirmações seguintes.

I - São substâncias que aumentam a velocidade de uma reação.
II - Reduzem a energia de ativação da reação.
III - As reações nas quais atuam não ocorreriam nas suas ausências.
IV - Enzimas são catalisadores biológicos.

Dentre estas afirmações, estão corretas, apenas:

a) I e II.
b) II e III.
c) I, II e III.
d) I, II e IV.
e) II, III e IV.

Ver Resposta

Alternativa correta: d) I, II e IV.Resposta

Os catalisadores aumentam a velocidade da reação, pois diminuem a energia de ativação ao participar da formação do complexo ativado.

As reações que utilizam os catalisadores são aquelas que ocorrem em uma taxa de desenvolvimento muito lenta. Por isso, os catalisadores são empregados para mudar o mecanismo da reação e torná-lo mais curto.

As enzimas atuam como catalisadores, fazendo com que as reações no organismo sejam aceleradas.

Adquira mais conhecimento lendo os textos a seguir:

Referências Bibliográficas

KOTZ, J. C.; TREICHEL JUNIOR, P. M. Química Geral e Reações Químicas. vol. 1, 5ª. ed., São Paulo: Pioneira Thomson, 2005.

Revisão por Rubens Castilho

Biólogo (Licenciado e Bacharel), Mestre e Doutorando em Botânica - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ). Atua como professor de Ciências e Biologia para os Ensinos Fundamental II e Médio desde 2017.

Edição por Carolina Batista

Bacharela em Química Tecnológica e Industrial pela Universidade Federal de Alagoas (2018) e Técnica em Química pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco (2011).