No preparo de alimentos, aumentar a temperatura acelera o cozimento. Explique, com base na teoria das colisões, por que a água fervendo cozinha os alimentos mais rapidamente que a água apenas aquecida a
.
Passo 1
O enunciado pede para explicar, com base na teoria das colisões, por que a água a
(fervendo) cozinha alimentos mais rápido do que a água a
. O conteúdo envolvido é cinética química aplicada a processos de degradação ou gelatinização de componentes dos alimentos, e vamos usar a teoria das colisões e a dependência da constante de velocidade com a temperatura (equação de Arrhenius) para justificar o aumento da velocidade de reação.
Passo 2
Segundo a teoria das colisões, a velocidade de uma reação é proporcional ao produto da frequência de colisões entre moléculas reativas e à fração dessas colisões que ocorre com energia igual ou superior à energia de ativação
. Matematicamente, a constante de velocidade
satisfaz a equação de Arrhenius:
onde
é o fator pré-exponencial,
é a constante universal dos gases e
a temperatura absoluta.
Passo 3
Ao elevar a temperatura, duas coisas ocorrem simultaneamente:
- A frequência de colisões entre moléculas de água e moléculas alvo (proteínas, amidos etc.) aumenta ligeiramente, pois as moléculas se movem mais rápido.
- A fração de colisões com energia cinética igual ou maior que
cresce exponencialmente, porque a distribuição de velocidades de Maxwell–Boltzmann se desloca para energias mais altas.
Passo 4
Para comparar qualitativamente os dois casos, note que em temperatura absoluta
e
. A razão entre as constantes
e
é
Como
, o expoente é positivo e
. Isso mostra que, mesmo para valores moderados de
, a reação (cozimento) em
é muito mais rápida.
Passo 5
Em termos práticos, isso significa que na água fervente há um número muito maior de colisões eficazes (com energia suficiente para romper ligações químicas e mudar a estrutura dos alimentos) por unidade de tempo. Portanto, as reações de desnaturação de proteínas e gelatinização de amidos acontecem mais depressa, acelerando o cozimento.
Resposta
A água fervendo cozinha mais rápido porque, conforme a teoria das colisões e a equação de Arrhenius, o aumento de temperatura eleva a frequência das colisões e, sobretudo, a fração de colisões com energia acima da energia de ativação. Em
o número de colisões eficazes é muito maior do que em
, acelerando as reações que promovem o cozimento.