Autor: Gabriel Paz.
Cinética Química: Velocidade de Reações
Introdução
Na vida diária, a velocidade é definida como a mudança do valor de uma propriedade dividida pelo tempo que ela leva para ocorrer. Por exemplo, a velocidade de um automóvel, isto é, a velocidade da mudança de posição, é definida como a distância percorrida dividida pelo tempo gasto. A velocidade média em determinado estágio do percurso é obtida dividindo-se o percurso percorrido em um intervalo de tempo pela duração deste intervalo. A velocidade instantânea é obtida lendo-se o velocímetro em determinado ponto do percurso. Na química, as velocidades são expressas de modo semelhante. A velocidade de reação, como a velocidade média de um carro, é definida como a variação da concentração de um dos reagentes ou produtos em determinado ponto da reação dividida pelo tempo que a mudança leva para ocorrer. Como a velocidade pode mudar com o tempo, a velocidade média da reação em um determinado intervalo é definida como a variação da concentração molar de um reagente R, dividida pelo intervalo de tempo.
Como os reagentes são consumidos em uma reação, a concentração molar de R decresce com o tempo e Δ[R] é negativo. O sinal negativo da equação anterior torna a velocidade positiva, que é a convenção normal da cinética química. Porém, se a concentração de um produto P é monitorada, a velocidade média é expressa como:
Velocidade Média Única
A velocidade média única da reação é qualquer uma das quatro quantidades iguais seguintes:
A divisão pelos coeficientes estequiométricos leva em conta as relações estequiométricas entre reagentes e produtos. Não é necessário especificar as espécies quando se usa a velocidade média única, porque o valor da velocidade é o mesmo para todas as espécies. Entretanto, note que a velocidade média única depende dos coeficientes usados na equação balanceada, e a equação química tem de ser especificada quando se registra uma velocidade única.
Leis de Velocidade
As tendências das velocidades de reações são comumente identificadas pelo exame da velocidade inicial da reação, a velocidade instantânea no início da reação. A vantagem de usar a velocidade inicial é que a presença de produtos durante a reação pode afetar a velocidade; assim, a interpretação dos resultados pode ficar muito complicada. As leis de velocidade tomam a seguinte forma geral:
Velocidade = k. [Concentração]ª
Onde "a" representa a ordem de dependência da velocidade da reação em relação a concentração do reagente.
Tomando a = 0: Temos uma Reação de Ordem 0, onde a velocidade da reação não é dependente da concentração de nenhuma espécie do sistema e portanto a velocidade se mantém constante até o fim da reação.
Tomando a = 1: Temos uma Reação de Ordem 1, onde a velocidade é dependente a primeira potência da concentração.
Tomando a = 2: Temos uma Reação de Ordem 2, onde a velocidade é dependente a segunda potência da concentração.
Veja bem, as dependências das velocidades em relação as potências das concentrações pode ter algumas implicações interessantes, podemos ver o seguinte: Se a concentração de um reagente [A] for dobrada para 2[A], qual será o efeito na velocidade (Vo) em uma reação de 1° Ordem e em uma reação de 2° Ordem, respectivamente?
Em uma reação de 1° Ordem que tenha dependência linear, a velocidade também será dobrada, logo será 2 Vo.
Em uma reação de 2° Ordem, a velocidade tem dependência com a 2° potência da concentração de [A], logo a nova velocidade será 4 Vo.
E na Reação de Ordem 0? A velocidade não se altera.
Unidades da Constante de Velocidade
Conhecer a unidades de cada tipo de constante de velocidade é uma habilidade importante que te ajudará a resolver questões mais facilmente ao decorrer dos seus estudos. Para fazer isso é bem simples. Apenas escreva as unidades explícitas de cada lado da equação e em seguida isole o k para determinar suas unidades.
As unidades de k dependem da ordem total da reação e garantem que k x (concentração)ª tenha as mesmas unidades da velocidade, concentração/tempo. Assim, quando a concentração está expressa em mols por litro e a velocidade, em mol · L^-1·s^-1, as unidades de k são:
