Os óxidos de nitrogênio (NOx) são poluentes importantes, gerados por veículos e indústrias. Em altas temperaturas, a reação entre \mathrm{N}_{2} e \mathrm{O}_{2} do ar ocorre mais rapidamente.
  • Explique por que o aumento da temperatura afeta a velocidade dessa reação segundo a teoria das colisões.

Passo 1

O enunciado pede para explicar, segundo a teoria das colisões, por que a reação
\mathrm{N}_2 + \mathrm{O}_2 \longrightarrow 2\,\mathrm{NO}
ocorre mais rapidamente em altas temperaturas. O conteúdo envolvido é cinética química e teoria das colisões, e vamos usar a ideia de energia cinética molecular, distribuição de velocidades e constante de velocidade de Arrhenius.

Passo 2

Na teoria das colisões dizemos que a velocidade de reação depende de duas coisas principais: (i) a frequência de colisões entre moléculas de \mathrm{N}_2 e \mathrm{O}_2, e (ii) a fração dessas colisões que têm energia suficiente para superar a barreira de ativação E_a. Só as colisões com energia maior que E_a são efetivas, isto é, levam à formação de \mathrm{NO}.

Passo 3

Quando a temperatura aumenta, a energia cinética média das moléculas sobe. Pela distribuição de Maxwell– Boltzmann, a fração de moléculas com energia E \ge E_a cresce exponencialmente. Em fórmula isso se reflete na constante de velocidade
k = A \exp\!\Bigl(-\tfrac{E_a}{R\,T}\Bigr),
onde A é o fator pré– exponencial, R a constante dos gases ideais e T a temperatura absoluta. Um T maior torna \exp(-E_a/(R\,T)) menos pequeno, ou seja, k cresce.

Passo 4

Além disso, o aumento de T eleva a velocidade média das moléculas, fazendo com que ocorram mais colisões por segundo. Sejam Z o número total de colisões e f a fração efetiva, a taxa de colisões efetivas cresce como Z\times f.

Passo 5

Com k maior e com mais colisões por segundo, a velocidade da reação—proporcional a k vezes as concentrações de \mathrm{N}_2 e \mathrm{O}_2—aumenta fortemente. Em resumo, temperatura mais alta significa mais colisões e mais colisões com energia suficiente, acelerando a formação de \mathrm{NO}.

Resposta

A elevação da temperatura aumenta a energia cinética média das moléculas, fazendo crescer ( 1) a frequência de colisões e ( 2) a fração de colisões com energia acima de E_a. Pela lei de Arrhenius, isso torna a constante de velocidade k maior, acelerando a reação de formação de óxidos de nitrogênio.

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