As reações químicas, nas quais reagentes formam produtos, podem possuir diferentes taxas ou velocidades de reações, as quais dependem, dentre outros, das condições operacionais. É muito importante para os engenheiros de produção conhecer os fatores que podem alterar as velocidades das reações químicas, pois, ao manipular determinadas variáveis, pode-se reduzir tempos de reação e até mesmo aumentar as taxas de conversão de reagentes em produtos, diminuindo custos industriais.
Com relação aos fatores que influenciam a velocidade das reações químicas, leia as afirmações abaixo:
I - As reações químicas não apresentam fatores externos capazes de alterar a velocidade. A velocidade da reação é determinada apenas pela interação e afinidade dos reagentes.
II - A temperatura e a pressão constituem-se de fatores externos, os quais são capazes de alterar a velocidade das reações químicas. O aumento da temperatura, por exemplo, pode aumentar a velocidade de reações químicas endotérmicas.
III - A superfície de contato dos reagentes pode interferir na velocidade das reações químicas. Em geral, reagentes finamente divididos tem uma maior área superficial e podem promover maiores velocidades de reações.
IV - A variação do pH ou a presença do ácido não altera a velocidade das reações químicas, visto que a velocidade dessas reações é dependente apenas da concentração dos reagentes que ali estão presentes.
Assinale a alternativa que apresenta as afirmações corretas:
A.
Apenas I e II estão corretas.
II - A temperatura e a pressão constituem-se de fatores externos, os quais são capazes de alterar a velocidade das reações químicas. O aumento da temperatura, por exemplo, pode aumentar a velocidade de reações químicas endotérmicas.
III - A superfície de contato dos reagentes pode interferir na velocidade das reações químicas. Em geral, reagentes finamente divididos tem uma maior área superficial e podem promover maiores velocidades de reações.
IV - A variação do pH ou a presença do ácido não altera a velocidade das reações químicas, visto que a velocidade dessas reações é dependente apenas da concentração dos reagentes que ali estão presentes.
A.
Passo 1
O enunciado pede que a gente avalie quais das afirmações I, II, III e IV sobre fatores que influenciam a velocidade das reações químicas são corretas. As afirmações são:
I - As reações químicas não apresentam fatores externos capazes de alterar a velocidade. A velocidade da reação é determinada apenas pela interação e afinidade dos reagentes.
II - A temperatura e a pressão constituem-se de fatores externos, os quais são capazes de alterar a velocidade das reações químicas. O aumento da temperatura, por exemplo, pode aumentar a velocidade de reações químicas endotérmicas.
III - A superfície de contato dos reagentes pode interferir na velocidade das reações químicas. Em geral, reagentes finamente divididos tem uma maior área superficial e podem promover maiores velocidades de reações.
IV - A variação do pH ou a presença do ácido não altera a velocidade das reações químicas, visto que a velocidade dessas reações é dependente apenas da concentração dos reagentes que ali estão presentes.
II - A temperatura e a pressão constituem-se de fatores externos, os quais são capazes de alterar a velocidade das reações químicas. O aumento da temperatura, por exemplo, pode aumentar a velocidade de reações químicas endotérmicas.
III - A superfície de contato dos reagentes pode interferir na velocidade das reações químicas. Em geral, reagentes finamente divididos tem uma maior área superficial e podem promover maiores velocidades de reações.
IV - A variação do pH ou a presença do ácido não altera a velocidade das reações químicas, visto que a velocidade dessas reações é dependente apenas da concentração dos reagentes que ali estão presentes.
O objetivo é identificar quais dessas afirmações são verdadeiras.
Passo 2
Primeiro, uma ferramenta básica para pensar em velocidade de reação: as leis de velocidade. Para uma reação genérica entre
e
, uma forma comum da lei de velocidade é
onde:
-
é a velocidade da reação (por exemplo, variação de concentração por tempo); -
é a constante de velocidade (depende de temperatura, presença de catalisador etc.); -
e são as concentrações molares dos reagentes; -
e são ordens parciais da reação (podem ser inteiros ou não, determinados experimentalmente).
Explicando com calma: a velocidade depende tanto das concentrações (as potências
) quanto da constante
. Então qualquer coisa que altere
,
ou
pode mudar a velocidade.
Passo 3
Agora a temperatura — uso da equação de Arrhenius. A dependência de
com a temperatura é frequentemente descrita por
onde:
-
é o fator pré-exponencial (frequência de colisões eficazes); -
é a energia de ativação da reação; -
é a constante universal dos gases; -
é a temperatura absoluta em kelvin.
Interpretação didática: aumentar
diminui o expoente negativo
, então
aumenta e, portanto,
aumenta. Assim, aumentar a temperatura tende a aumentar a velocidade da reação (porque mais moléculas têm energia suficiente para superar
). Isso vale tanto para reações exotérmicas quanto endotérmicas — a temperatura afeta a velocidade pela mecânica das colisões/energia, não pelo sinal do calor de reação. Sobre pressão: para gases, concentracão e pressão estão relacionadas pela lei dos gases ideais,
portanto aumentar a pressão (mantendo
) aumenta a concentração dos reagentes gasosos e, via lei de velocidade, pode aumentar
. Conclusão: a afirmação II (que diz que temperatura e pressão são fatores externos que podem alterar a velocidade) está correta; o exemplo dado (aumento da temperatura pode aumentar velocidade de reações endotérmicas) é aceitável — embora o aumento de temperatura favoreça taxas em geral, não só endotérmicas.
Passo 4
Analisando a afirmação I à luz do que vimos: ela afirma que não há fatores externos capazes de alterar a velocidade e que só a afinidade entre reagentes determina a velocidade. Isso contradiz diretamente as leis de velocidade e a equação de Arrhenius (onde
depende de
e outros fatores). Também sabemos empiricamente que pressão, temperatura, catalisadores, superfície de contato e pH alteram taxas. Logo, I é falsa.
Passo 5
Analisando a afirmação III sobre superfície de contato: para reações heterogêneas (por exemplo, sólido + gás, sólido + líquido), a reação ocorre na interface. Aumentar a área superficial expõe mais sítios reativos e permite mais colisões/reações por unidade de tempo. Um exemplo prático: pó metálico reage muito mais rápido com um ácido que um pedaço maciço do mesmo metal — porque o pó tem muito mais área por massa. Portanto III é verdadeira.
Passo 6
Analisando a afirmação IV sobre pH/ácido não alterar velocidade: isso também está incorreto. O pH altera concentrações de íons
e
e pode mudar o mecanismo da reação, a forma ionizada dos reagentes (que pode reagir mais rápido ou mais devagar) e até introduzir catálise ácida ou básica. Exemplos: hidrólise de ésteres é frequentemente catalisada por ácido (a velocidade aumenta com
); reações em solução aquosa podem ter dependência explícita de
ou
. Em termos de lei de velocidade, o termo
pode depender de
em reações catalisadas por ácido, ou pode aparecer um fator como
multiplicando a velocidade observada. Logo, IV é falsa.
Passo 7
Resumo das avaliações:
- I: falsa (existem fatores externos que alteram a velocidade).
- II: verdadeira (temperatura e pressão podem alterar a velocidade; o aumento de
geralmente aumenta ). - III: verdadeira (maior área superficial geralmente aumenta a velocidade em reações heterogêneas).
- IV: falsa (pH e presença de ácido podem alterar a velocidade via catalise e mudança de estados de ionização).
Portanto, as afirmações corretas são apenas II e III.
Resposta
Apenas II e III estão corretas.