Cinética química (1): Fatores que interferem na velocidade das reações

Fábio Rendelucci

O estudo da velocidade das reações, ou cinética química, é muito importante nas aplicações da química. Imagine-se o responsável pela produção de uma indústria cujo produto final é resultado de uma reação, ou então o farmacêutico que deve elaborar um medicamento para alívio imediato de uma doença qualquer. Se você escolher uma reação muito lenta a produtividade da indústria será tão baixa, que ela pode se tornar inviável, ou seu paciente pode morrer antes do prometido "alívio".

Para podermos entender os fatores que influenciam uma reação, vamos primeiro entender algumas coisas sobre as reações: existem substâncias que chamaremos de reagentes, que reagem entre si, formando novas substâncias, que chamaremos de produtos. Apelemos a uma analogia: você irá promover um baile com a finalidade de juntar casais. Esta é a sua reação. Os homens e mulheres serão os reagentes e os casais serão os produtos.

Se você não marcar a mesma data, horário e local para os dois grupos se encontrarem (homens e mulheres), de certo não conseguirá formar nenhum casal. Se você convidar um número desproporcional de homens em relação às mulheres, por exemplo, 30 para 1, poucos casais se formarão.

Organizando o baile

Muito bem, você marcou o mesmo local, data e hora e o número de homens e mulheres é bastante coerente. Quando os grupos chegam ao baile, você nota que os homens vêm em bloco e andam devagar, assim como as mulheres. Você percebe que até que um encontre o outro e que formem um casal demorará um pouco, não apenas pelo fato de andarem devagar, mas também por estarem em bloco.

Suponha que não há preferência entre as partes, ou seja, qualquer homem fará par com qualquer mulher. Os homens que se encontram na segunda fila do bloco só conseguirão ter contato com uma mulher quando aquele que estiver à sua frente já tiver formado seu par, caso contrário ele ficará isolado, e quanto mais dentro do bloco ele estiver, mais isolado se torna. Qual a solução? Não deixar que eles entrem em bloco.

Muito bem, nosso baile tem seus participantes razoavelmente espalhados pelo salão. Alguns formarão pares rapidamente, pois a pessoa ao seu lado é do sexo oposto, mas alguns terão que caminhar um pouco até encontrar seu par.

Voltemos então às reações.

O que pode ser entendido como "andar em bloco"?

Sabemos que um sólido é mais compacto que um líquido que, por sua vez, é mais compacto que um gás. Dessa forma, um dos fatores que influenciarão na velocidade de uma reação é seu estado físico, de modo que esperaremos que a reação entre sólidos seja mais lenta que entre líquidos (ou entre sólido e líquido) e esta mais lenta que entre gases. Além disso, supondo que os reagentes ou ao menos um deles seja sólido, quanto mais contato tivermos entre ele e a outra substância, melhor.


Percebemos então que um sólido triturado deve reagir mais rápido do que em uma única peça. Faça a seguinte experiência: pegue um antiácido em pastilha (tipo Sonrisal) e outro em pó (tipo Eno). Se você despejá-los simultaneamente em dois copos com a mesma quantidade de água, perceberá que aquele que se encontrava em pó reagem muito mais rápido do que aquele em pastilha. Este fator que alterará a velocidade é chamado de superfície de contato.

E o problema de andar devagar?

Lembre-se que uma molécula se movimenta tanto mais rápido quanto maior for sua energia cinética e, para aumentar a energia cinética de uma molécula basta aquecê-la. Assim, você percebe que a temperatura também é um fator de grande influência na velocidade de uma reação.

Quer fazer outra experiência? Pegue mais duas pastilhas de antiácido e prepare dois copos com a mesma quantidade de água, só que coloque água gelada em um deles e, no outro, água à temperatura ambiente. Mergulhe simultaneamente as pastilhas nos copos e observe.

O fator temperatura está ligado também a outro problema: na verdade, se quisermos continuar pensando em nossa reação como um baile, devemos lembrar que os reagentes não são moléculas monoatômicas, ou seja, nossos homens ou mulheres entram no baile unidos pelo menos dois a dois, por exemplo, de braços dados. Quando um par homem-homem encontra um par mulher-mulher, eles não soltam os braços uns dos outros e simplesmente formam um novo casal (homem-mulher). Para que isso ocorra é necessário que os pares se choquem e que esse choque tenha força suficiente para separá-los.

Observe a seqüência:

Pela seqüência você percebe que, além do choque das moléculas, esse choque deve ser efetivo, ou seja, ser capaz de separar partes das moléculas, formando o que chamamos de complexo ativado. Daí, as partes separadas podem se recombinar dando origem ao produto. Como a velocidade do choque passa a ser fundamental para a formação do complexo ativado, e a velocidade é diretamente ligada à temperatura, quanto maior a temperatura, maior o número de choques efetivos.

Quantidade de reagentes

Estamos esquecendo de uma premissa já discutida: a quantidade de reagentes. É óbvio que quanto mais reagentes colocarmos, mais rápida uma reação se processa. Portanto, quanto maior a concentração dos reagentes, maior a velocidade da reação.

Até agora temos como fatores:

  • estado físico dos reagentes;

 

  • superfície de contato;

 

  • temperatura;

 

  • concentração dos reagentes.

Falta apenas um fator: presença de catalisador. Acabamos de discutir que o choque entre as moléculas deve ter energia suficiente para separar parte delas. Essa energia necessária para fazer a separação é chamada de energia de ativação. É intuitivo que quanto maior for a energia de ativação, mais difícil separar a molécula e mais lenta será a reação. Um catalizador é uma substância que, embora não participe da reação como reagente ou como produto, é capaz de diminuir a energia de ativação, tornando a reação mais rápida.

Fábio Rendelucci é profesor de física e química e diretor do cursinho COC-Universitário, de Santos (SP)



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