Quanto menor a energia de ativação maior a velocidade da reação química?

Graduação em Química (Centro Universitário Franciscano, UNIFRA, 2014)

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A cinética química estuda a velocidade que as reações ocorrem e os fatores que podem modificá-la. A teoria que rege o estudo da cinética é a teoria das Colisões. Essa teoria explica que para que uma reação inicie ela precisa de energia a qual é adquirida através de colisões entre átomos ou moléculas em um sistema. Essas colisões precisam ser efetivas e para serem efetivas devem ser frontais. Quanto mais concentrado for o meio mais colisões ocorrerão e consequentemente mais energia será obtida, e o inverso também é válido. A quantidade de energia necessária para que uma reação inicie é chamada de energia de ativação. A energia de ativação é definida quimicamente como o mínimo de energia necessária para iniciar uma reação.

Abaixo apresentamos um gráfico de uma reação química:

Quanto menor a energia de ativação maior a velocidade da reação química?

No gráfico percebemos que a energia de ativação é o caminho dos reagentes até o ponto mais alto do gráfico, que é o complexo ativado. Este ponto da reação é o mais energético e é o momento reacional onde reagentes e produtos coexistem. Após esse ponto ocorre a formação dos produtos. Devemos entender que quanto maior for o caminho dos reagentes até a formação do complexo ativado (a energia de ativação) mais tempo a reação leva para ocorrer. Alguns fatores que podem influenciar a velocidade de uma reação são: a temperatura, a pressão, a concentração, a superfície de contato e por fim, o catalisador e o inibidor.

  • Temperatura: Um aumento na temperatura favorece o aumento na velocidade da reação.
  • Pressão: Um aumento na pressão aumenta a velocidade reacional.
  • Concentração: Um aumento na concentração faz com que aumente a velocidade da reação devido ao aumento de colisões entre os reagentes.
  • Superfície de contato: possui efeito quando um reagente é sólido e o outro é líquido. Quanto menor for o tamanho da partícula sólida mais rápida será a reação química.
  • Catalisador: é uma substância que altera a velocidade de uma reação química (aumenta) sem interferir na formação dos produtos ou mesmo ser consumido na reação.
  • Inibidor: Funciona como o catalisador mas tem o efeito de inibir a velocidade de uma reação, ou seja, torná-la mais lenta.

Os catalisadores são muito utilizados na indústria principalmente porque eles têm por função acelerar a reação sem alterar a formação, ou a quantidade formada de produtos. Quando se utiliza o catalisador a reação tem seu caminho reacional diminuído, ou seja, diminui a energia de ativação (linha vermelha no gráfico), fazendo com que a reação se torne mais rápida. Quando se utiliza o inibidor ocorre o contrário, o caminho reacional aumenta e a reação torna-se mais lenta. Nas reações endotérmicas, que são aquelas que absorvem energia, a energia de ativação é maior do que nas reações exotérmicas, que são aquelas que liberam energia. Um exemplo de catalisador biológico são as enzimas presentes em nosso organismo que fazem com que os processos corporais se tornem mais eficientes.

Texto originalmente publicado em https://www.infoescola.com/quimica/cinetica/

Exercícios e questões de vestibulares

Questão 01: (UDESC 2017/2)

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.

A)

concentração, superfície de contato.

B)

catalisador, concentração.

C)

temperatura, concentração.

D)

superfície de contato, catalisador.

E)

temperatura, catalisador.

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Para que uma reação química ocorra, algumas condições precisam ser satisfeitas. Por exemplo, os compostos precisam entrar em contato e ter afinidade química. Mas, muitas vezes, mesmo entrando em contato e possuindo afinidade química, algumas reações não ocorrem sem que seja dada uma espécie de propulsão.

Um exemplo ocorre no caso de abrirmos uma válvula de um fogareiro, deixando que o gás escape. Esse gás não entra em combustão só de entrar em contato com o oxigênio do ar. É preciso aproximar um palito de fósforo aceso para que a reação comece.

Isso acontece porque outra condição necessária para a ocorrência das reações é que os reagentes apresentem energia suficiente, que é chamada energia de ativação (Ea).

Quanto menor a energia de ativação maior a velocidade da reação química?

O complexo ativado é um estado intermediário entre os reagentes e os produtos, em que as ligações que existem nos reagentes estão sendo enfraquecidas e as ligações dos produtos estão sendo formadas:

Quanto menor a energia de ativação maior a velocidade da reação química?

No exemplo considerado, os reagentes (gás combustível e oxigênio) possuíam uma energia menor que a energia de ativação de sua reação de combustão. Ao aproximar o palito de fósforo aceso, foi-lhes fornecida a energia para iniciar a reação.

A energia de ativação constitui, portanto, um obstáculo para a ocorrência da reação. Quanto maior for essa energia, mais difícil será para a reação ocorrer e a sua velocidade será menor. Por outro lado, se a energia de ativação de uma reação for pequena, a reação se processará mais rapidamente.

Muitas reações começam assim que os reagentes são postos em contato, isso porque eles já possuem a energia mínima necessária para a ocorrência da reação. Não é preciso que se forneça energia ao sistema.

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O valor da energia de ativação varia de reação para reação e a sua forma também. Por exemplo, nem sempre será energia na forma de calor, pode ser também na forma de luz (como na decomposição da água oxigenada), na forma de um atrito (como no acendimento de um fósforo) e assim por diante. 

Visto que é considerada como um obstáculo para a ocorrência da reação, geralmente isso é representado por meio de um gráfico, semelhante ao mostrado abaixo:

Quanto menor a energia de ativação maior a velocidade da reação química?

Pode-se também determinar a energia de ativação (Ea) considerando que ela é a diferença entre a energia necessária para que a reação tenha início (E) e a energia própria contida nos reagentes (Ep):

Ea = E - Ep

  • Se a diferença E - Epfor maior que a energia de ativação, a reação será exotérmica, ou seja, os reagentes irão liberar calor.

Ea < E - Ep→ exotérmica

Seu gráfico pode ser representado por:

Quanto menor a energia de ativação maior a velocidade da reação química?

  • Se a diferença E - Epfor menor que a energia de ativação, a reação será endotérmica, ou seja, os reagentes irão absorver calor (será necessário fornecer energia ao sistema para a reação iniciar).

Ea > E - Ep→ endotérmica

Seu gráfico pode ser representado por:

Quanto menor a energia de ativação maior a velocidade da reação química?

Quanto menor a energia de ativação maior a velocidade?

Assim, quanto maior a energia de ativação, mais difícil será para que a reação ocorra e, consequentemente, ela se dará de forma mais lenta. O contrário também é verdadeiro, reações com uma menor energia de ativação ocorrem com maior velocidade.

Qual a relação entre a energia de ativação é a velocidade da reação?

Quanto maior a concentração dos reagentes, maior a velocidade da reação. Energia de ativação: Quanto maior a energia de ativação, mais lenta será a reação.

O que acontece com a velocidade das reações químicas quando diminui a energia de ativação?

Os catalisadores conseguem aumentar a velocidade das reações porque eles atuam mudando o mecanismo da reação por diminuir a energia de ativação da reação. Assim, com uma quantidade de energia de ativação menor, fica mais fácil para as partículas reagentes atingirem essa energia e reagirem.

O que aumenta a velocidade de uma reação?

A velocidade das reações pode ser influenciada por diversos fatores, entre os principais estão: temperatura, concentração, superfície de contato e catalisadores.