A cinética química é responsável pelo estudo da velocidade das reações químicas e os fatores que as influenciam. Por exemplo, as reações de combustão e formação do petróleo acontecem em velocidades diferentes, como isso se explica?
Antes de tudo é necessário relembrar o que é uma reação química. Esse fenômeno é descrito como o resultado das ações entre substâncias químicas, que geralmente formam outras substâncias.
Uma reação química pode ser representada graficamente por meio de uma equação. Na sua estrutura existem os reagentes (primeiro membro) e o produtos (segundo membro), que estão separados por um seta. Veja no exemplo abaixo:
C(s) + O2 (g) → CO2(g)
Nesse exemplo, um carbono sólido reagiu com um oxigênio gasoso e formou um dióxido de carbono em estado gasoso. Ou demais elementos simbólicos indicam:
s: elemento no estado sólido;
g: elemento no estado gasoso;
→: sentido que ocorre a reação e o que foi produzido.
Como dito, a cinética química estuda as velocidades das reações. Elas podem ser classificadas de três formas, de acordo com a agilidade em que acontecem:
- Rápidas: ocorrem ligeiramente, em questão de microssegundos. Exemplo: explosão da pólvora de fogos de artificio;
- Moderadas: podem demorar minutos ou horas para serem concluídas. Exemplo: queima de um pedaço de papel;
- Lentas: podem durar anos ou até séculos, pois os reagentes se combinam lentamente. Exemplo: formação do petróleo.
A explosão da pólvora e a formação do petróleo são reações químicas que ocorrem em diferentes velocidades. Isso porque, uma série de fatores influenciaram nesse processo como quantidade de reagentes, catalizadores, temperatura, entre outros.
Velocidade média
Um conceito também muito importante em cinética química é o de velocidade média, que está relacionada com a variação na quantidade de um reagente ou produto dado um intervalo de tempo.
Essa fórmula é utilizada para saber a velocidade de consumo de um reagente ou de formação de um produto. Deste modo, existem três opções de cálculos dentro dessas situações:
- Vm = Δconcentração/Δtempo ou
- Vm = Δmassa/Δtempo ou
- Vm = Δnúmero de mols/Δtempo
Lei da cinética química
A chamada Lei da velocidade das reações químicas discorre sobre a cinética química. Essa teoria relaciona a agilidade de uma reação com a concentração dos reagentes (mol/L) e sustenta que:
“A velocidade de uma reação química, em uma determinada temperatura, é diretamente proporcional ao produto das concentrações dos reagentes, em mols por litro, elevadas aos seus expoentes por uma constate.”
Dada uma reação genérica aA + bB → cC + dD, a equação que expressa essa lei em cinética química é :
v = k.[A]α.[B]β
Onde,
V: velocidade da reação;
K: constante que depende da temperatura;
α e β: expoentes determinados experimentalmente;
[A] e [B]: concentração em mol. L-1 dos reagentes A e B.
Fatores que influenciam na velocidade da reação
De acordo com os conceitos de cinética química, as reações ocorrem em velocidades diferentes, em função das concentrações de produtos, reagentes e outros fatores como:
Natureza dos reagentes – as propriedades químicas dos reagentes interferem na velocidade das reações. Por exemplo, oxidação de metais nobres e formação de sais ocorrem de maneira rápida.
Já no caso da formação de polímeros, a reação ocorre lentamente. Isso porque, quando moléculas grandes são formadas e a construção de ligações covalentes toma lugar entre as moléculas, a reação acontece mais devagar.
Pressão – o aumento de pressão dentro de sistema provoca o crescimento do número de colisões entre as moléculas que fazem parte dele. Esse fator só possui influências significativas se houver pelo menos uma substância gasosa entre os reagentes.
Temperatura – de modo geral, a velocidade das reações aumentam na medida que a temperatura também cresce, pois aumentam as colisões entre as moléculas de uma dada substância.
Por esse motivo, alimentos como ovos, carnes e leites demoram mais para estragar na geladeira do que em temperatura ambiente.
Estado físico – quando dois reagentes estão na mesma fase, como em solução aquosa, em função do movimento térmico eles rapidamente entram em contato.
Superfície de contato – em uma determinada reação, se dois reagentes estão em distintas fases, o aumento da superfície de contato entre eles provoca o crescimento da velocidade da reação.
Concentração dos reagentes – o aumento na quantidade de reagentes faz com que mais moléculas se mantenham confinadas em um mesmo espaço, consequentemente, as colisões entre elas aumentam.
Presença de agentes externos – algumas substâncias alteram a velocidade das reações, contudo não participam da formação dos produtos. Tais substâncias são de dois tipo:
- Catalizadores: aceleram a reação;
- Inibidores: retardam a reação;