Os óxidos de nitrogênio (NOx) são poluentes importantes, gerados por veículos e indústrias. Em altas temperaturas, a reação entre
e
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
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
e
, e (ii) a fração dessas colisões que têm energia suficiente para superar a barreira de ativação
. Só as colisões com energia maior que
são efetivas, isto é, levam à formação de
.
Passo 3
Quando a temperatura aumenta, a energia cinética média das moléculas sobe. Pela distribuição de Maxwell– Boltzmann, a fração de moléculas com energia
cresce exponencialmente. Em fórmula isso se reflete na constante de velocidade
onde
é o fator pré– exponencial,
a constante dos gases ideais e
a temperatura absoluta. Um
maior torna
menos pequeno, ou seja,
cresce.
Passo 4
Além disso, o aumento de
eleva a velocidade média das moléculas, fazendo com que ocorram mais colisões por segundo. Sejam
o número total de colisões e
a fração efetiva, a taxa de colisões efetivas cresce como
.
Passo 5
Com
maior e com mais colisões por segundo, a velocidade da reação—proporcional a
vezes as concentrações de
e
—aumenta fortemente. Em resumo, temperatura mais alta significa mais colisões e mais colisões com energia suficiente, acelerando a formação de
.
Resposta
A elevação da temperatura aumenta a energia cinética média das moléculas, fazendo crescer (
) a frequência de colisões e (
) a fração de colisões com energia acima de
. Pela lei de Arrhenius, isso torna a constante de velocidade
maior, acelerando a reação de formação de óxidos de nitrogênio.