Cinética Química: Condições de Ocorrência e Fundamental


Introdução

É comum acompanharmos, em nosso dia-a-dia, alguns acontecimentos da própria natureza, que nos deixam curiosos quanto a sua realização. Observando um pedaço de ferro deixado exposto ao tempo, formará uma “crosta de ferrugem” em alguns pontos ou no todo. Já se o sódio metálico for adicionado a água, mesmo a temperatura ambiente, a reação ocorre explosivamente, com liberação de calor, portanto, é muito importante estudar as velocidades de ocorrência das reações químicas. Todos os tipos de reações, podendo ser demoradas ou instantâneas, serão estudadas na CINÉTICA QUÍMICA.

Cinética Química

Cinética química: determina o estudo da velocidade das reações químicas e todos os fatores por ela influenciados. Inicialmente, imaginemos uma reação genérica: Quando A e B forem colocados em contato, pela sua afinidade e tipo de colisão, irão produzir C e D. Na medida que os reagentes forem sendo consumidos (gastos na reação) os produtos serão produzidos (obtidos na reação) na mesma proporção, sendo portanto, a expressão da velocidade de reação, associada ao consumo de reagentes ou do aparecimento dos produtos.

A velocidade da reação é a relação entre a quantidade consumida ou produzida e o intervalo de tempo gasto para que isso ocorra.
Velocidade = Puant’dade de A consumida intervalo de tempo
Velocidade = Quantidade de C produzida intervalo de tempo

Condição para ocorrência

Na unidade anterior, quando genericamente colocamos A + B -> C + D, nos pode dar a impressão de que qualquer composto A em contato com um composto B poderá desenvolver uma reação química, obtendo novas espécies. Porém, a prática nos mostra uma situação um pouco diferente. Quando se mergulha uma barra de ouro em uma porção de H2S04 (ácido sulfúrico) esta reação de deslocamento não ocorre por ser o ouro, um metal nobre da mais baixa reatividade, portanto, quando duas ou mais espécies “desejarem” reagir, na realidade deve-se observar se estão dentro das condições para ocorrência de uma reação. Dentre estas condições, existem as fundamentais e acessórias.

Condições fundamentais

São condições que se relacionam com a natureza do fenômeno químico.
I) afinidade química: Todas as espécies que estão em reação devem apresentar a afinidade química, podendo ser definida como a força da natureza química, que permite a realização de um fenómeno químico: a atração de átomos formando as moléculas com a finalidade de dar-lhes mais estabilidade.

II) contato entre reagentes: O choque entre as espécies é fundamental para desenvolver uma reação química, portanto a frequência das colisões, determinará a maior probabilidade de se obter um novo composto. O número de choques existente entre os compostos reagentes poderá se apresentar de duas formas:
a) Eficaz (Eficiente).
b) Não-eficaz (Ineficiente).

A maioria das colisões são, na prática, não eficaz, por não ter os reagentes com energia suficiente e nem a orientação molecular adequada.
A partir do momento em que os reagentes apresentarem energia suficiente e orientação adequada das moléculas, a reação será eficaz, desenvolvendo com muita propriedade, a formação de novos compostos, como está representado abaixo na “teoria das colisões”, na síntese da molécula do ácido iodídrico (Hl).

Esse mecanismo é dos mais simples, porque a reação ocorreu numa única etapa, que é chamada de reação elementar ou parcial. A maioria das reações químicas tem um mecanismo mais complexo, pois ocorrem em várias etapas (choques) ou reações elementares sucessivas. Esse assunto será detalhado mais adiante.

Um aprimoramento da teoria das colisões é a teoria do complexo ativado, a qual admite que no instante do choque, ocorre um progressivo enfraquecimento das ligações entre as moléculas iniciais e um fortalecimento das ligações entre as moléculas finais. É a estrutura de transição entre os reagentes e os produtos, com ligações de transição entre as ligações dos reagentes e produtos.

Observação:
a) quanto maior o número de colisões entre as moléculas destes reagentes, em um certo tempo, maior será a velocidade de reação.
b) a energia de ativação representa uma “barreira” no caminho entre reagentes e produtos. Quanto maior for a energia de ativação de uma reação, maior será esta “barreira” e, consequentemente, mais difícil será transpô-la, sendo portanto, mais difícil a reação.

Para a formação do complexo ativado é necessário que as moléculas de Hl colidam numa posição geometricamente favorável. que as moléculas colidam com um mínimo de energia denominado energia de ativação da reação. Energia de Ativação é a energia mínima lançada para os reagentes, necessária à formação do complexo ativado.

Generalizando, para que uma reação ocorra, é necessário:
que a colisão entre as moléculas reagentes seja com afinidade.
que a colisão ocorra em uma posição geometricamente favorável.
que a energia das moléculas que colidam sejam igual ou superior à energia de ativaçãoda reação.

Todos estes itens constituem a teoria das colisões e do complexo ativado.

1° caso: reação exotérmica.

2° caso: reação endotérmica.

Reagentes -> Produtos AH < O Reagentes -> Produtos + calor

Reagentes -> Produtos AH > O Reagentes + calor -> Produtos

No trecho AB, partimos das moléculas reagentes H2 e I2 e chegamos ao complexo ativado, com um consumo de 40 kcal por mol de Hl formado. No trecho BC, partimos do complexo ativado e chegamos ao produto final Hl com uma liberação de 46 kcal por mol de Hl formado. Há, portanto, um saldo de 6 kcal, que é o calor liberado pela reação, tratando-se então de uma reação exotérmica.