- Qual é o papel do catalisador,
, na velocidade desta reação? Como se explica a variação da velocidade em função da adição de um catalisador?
Passo 1
O enunciado pergunta qual é o papel do catalisador
na velocidade de uma reação e como se explica a variação desta velocidade quando adicionamos o catalisador. Aqui o conteúdo é Cinética Química e Catálise, e vamos precisar do conceito de energia de ativação, do Arrhenius e de como um catalisador modifica o mecanismo da reação sem se consumir.
Passo 2
Um catalisador é uma substância que aumenta a velocidade de uma reação química sem ser consumida no processo. Ele age fornecendo um caminho alternativo para a reação, cujo passo determinante (mais lento) apresenta uma energia de ativação menor do que no mecanismo não catalisado.
No caso do , o
age em meio homogêneo formando espécies intermediárias com o reagente (por exemplo, gerando radicais ou complexos transitórios). Esse complexo intermediário desce num “vale” de energia menor, o que reduz a barreira energética necessária para que as moléculas reajam.
No caso do
Passo 3
Pela equação de Arrhenius,
onde
é a constante de velocidade,
a energia de ativação,
a constante dos gases e
a temperatura. Ao diminuir
, o exponencial fica maior e, portanto,
cresce. Como a velocidade inicial
costuma ser proporcional a
, temos um aumento na taxa de consumo dos reagentes.
Passo 4
Quando aumentamos a concentração do catalisador
, em geral a velocidade inicial cresce, pois a frequência de formação do complexo intermediário aumenta. Num intervalo inicial, observa-se aproximadamente
Porém, a partir de certa concentração de catalisador, a velocidade pode se estabilizar (plateau) se o passo limitante já não envolver diretamente
ou se o reagente virar fator limitante.
Resposta
O catalisador
fornece um caminho alternativo de reação com energia de ativação menor, fazendo a constante de velocidade
crescer (Arrhenius) e, assim, acelerando a reação. Ao aumentar a quantidade de
, a taxa de reação inicial cresce quase linearmente até atingir um limite imposto por outras etapas do mecanismo ou pela concentração dos reagentes.