A equação de Arrhenius é frequentemente usada para descrever a dependência da constante de taxa de uma reação química com a temperatura. Considerando que o fator de frequência
e a energia de ativação Ea são importantes para entender como a reação ocorre, responda:
a) Explique o significado físico do fator de frequência
e da energia de ativação
na equação de Arrhenius.
b) Como a constante de taxa
se comporta quando a temperatura aumenta, com base na equação de Arrhenius? Qual a relação entre o aumento da temperatura e a velocidade da reação?
c) Se a constante de taxa de uma reação aumenta drasticamente com o aumento da temperatura, o que isso indica sobre a energia de ativação da reação?
a) Explique o significado físico do fator de frequência
b) Como a constante de taxa
c) Se a constante de taxa de uma reação aumenta drasticamente com o aumento da temperatura, o que isso indica sobre a energia de ativação da reação?
Passo 1
O enunciado pede entendimento da equação de Arrhenius, que descreve como a constante de taxa
de uma reação química varia com a temperatura. O conteúdo é cinética química, e vamos precisar da forma
onde
é o fator de frequência,
é a energia de ativação,
é a constante universal dos gases e
é a temperatura absoluta.
Passo 2
Para interpretar fisicamente o fator de frequência
e a energia de ativação
, pense assim:
reflete quantas vezes por segundo as moléculas reagem com orientação adequada. É uma medida de quantas colisões eficazes ocorrem por unidade de tempo. Quanto maior
, maior a probabilidade de colisões na orientação correta.
é a barreira energética mínima que os reagentes devem vencer para formar produtos. Fisicamente, é a “colina” que separa reagentes e produtos no perfil de energia da reação. Quanto maior
, mais difícil é para as moléculas alcançarem o estado de transição.
Passo 3
Do ponto de vista matemático, como
, ao aumentar
:
. O denominador
cresce.
. O expoente
fica menos negativo.
. Logo
aumenta.
Portanto, cresce de forma exponencial com a temperatura. Na prática, isso significa que a reação se torna muito mais rápida quando
sobe, porque mais moléculas têm energia suficiente para superar
.
Portanto,
Passo 4
Se a constante de taxa
aumenta drasticamente com o aumento de
, isso indica que a energia de ativação
é alta. Explicação: quando
é grande, o fator
depende fortemente de
, de modo que mesmo um pequeno aumento na temperatura resulta num grande aumento em
.
Resposta
a) O fator de frequência
é a frequência de colisões eficazes com orientação correta, e a energia de ativação
é a barreira energética mínima para a reação ocorrer.
b) A constante cresce exponencialmente com a temperatura; quanto maior
, mais rápida é a reação.
c) Um aumento drástico de ao subir
indica que
é grande.
b) A constante
c) Um aumento drástico de