Cinética Química: Velocidade, Fatores e Métodos

1. Diferença entre Velocidade, Equação e Constante de Velocidade

Velocidade de uma reação química: É o aumento da concentração molar do produto por unidade de tempo ou o decréscimo da concentração molar do reagente por unidade de tempo.

Constante de velocidade (k): É uma constante de proporcionalidade que relaciona a velocidade e a concentração. Possui um valor constante a uma determinada temperatura, mas varia com a temperatura.

Equação de velocidade (lei da velocidade): É uma equação que relaciona a velocidade de uma reação com a concentração dos reagentes elevadas a certos expoentes.

2. Lei da Velocidade e Ordem de Reação

A Lei da Velocidade é uma equação que relaciona a velocidade de uma reação com a concentração dos reagentes elevadas a certos expoentes. Para uma reação química geral:

aA + bB ⇆ cC + Dd

A seguinte lei da velocidade é obtida:

Velocidade = k [A]^m [B]ⁿ

Onde m e n são os expoentes dos reagentes e são determinados experimentalmente. Os valores de m e n representam as ordens da reação química. Portanto, esta reação é de ordem m em relação ao reagente A, de ordem n em relação ao reagente B e de ordem (m + n) para a reação total.

Ordem de uma reação: É a soma dos expoentes de concentração que aparecem na Lei Experimental da Velocidade.

3. Fatores que Afetam a Velocidade de uma Reação

Diversos fatores influenciam a velocidade de uma reação química, incluindo:

• Concentração dos reagentes: Geralmente, quanto maior a concentração, mais rápida é a velocidade. Existem exceções a esta regra.
• Temperatura: Normalmente, a velocidade das reações aumenta com o aumento da temperatura. Um aumento de 10°C pode dobrar a velocidade de uma reação.
• Estado físico dos reagentes: Normalmente, a velocidade segue esta ordem: gases > soluções > líquidos puros > sólidos, devido ao aumento da superfície específica.
• Presença de catalisador ou inibidor: Catalisadores aceleram e inibidores diminuem a velocidade de uma reação química.
• Luz: A presença de luz de certo comprimento de onda também pode acelerar certas reações químicas.

4. Métodos de Tratamento de Dados Cinéticos Experimentais

• Método Integral: Baseia-se na integração da expressão de velocidade de reação. Propõe-se uma equação cinética, integra-se essa equação para obter uma relação entre a composição da mistura reagente e o tempo. A consistência da equação é avaliada por meio de procedimentos gráficos.
• Método Diferencial: Baseia-se na diferenciação dos dados experimentais da concentração em função do tempo.
• Método da Velocidade Inicial: Frequentemente usado em conjunto com o método de isolamento. Consiste em medir a velocidade no início da reação para vários valores de concentração inicial dos reagentes.
• Método do Isolamento: As concentrações de todos os reagentes, exceto a de um deles, são adicionadas em excesso, de forma que essas espécies praticamente não variem durante o processo, podendo ser consideradas constantes.

5. Dependência da Velocidade de Reação com a Temperatura

Quando a temperatura de uma reação química aumenta, a velocidade de formação do produto também aumenta. Do ponto de vista termodinâmico, o aumento da temperatura eleva a energia cinética média das moléculas reagentes. De acordo com a teoria das colisões, esse aumento de temperatura intensifica a energia de impacto da colisão, o que faz com que mais moléculas excedam a energia de ativação, gerando mais produtos e aumentando a velocidade. Em outras palavras, um aumento de 10 graus na temperatura da reação química pode dobrar a velocidade devido ao aumento da constante de velocidade.