(a) quais são os cinco principais fatores que afetam a velocidade de uma reação?
(b) como a temperatura influencia a velocidade de reação qualitativamente?
(c) e quantitativamente, como a temperatura afeta a velocidade de uma reação?
(b) como a temperatura influencia a velocidade de reação qualitativamente?
(c) e quantitativamente, como a temperatura afeta a velocidade de uma reação?
Passo 1
O enunciado pede três coisas no contexto de cinética química: (a) listar e explicar os cinco principais fatores que influenciam a velocidade de uma reação, (b) descrever qualitativamente como a temperatura age sobre essa velocidade e (c) dar a relação quantitativa entre temperatura e velocidade. Para resolver precisaremos recorrer à teoria das colisões, ao conceito de energia de ativação e à equação de Arrhenius.
Passo 2
Os cinco principais fatores que afetam a velocidade de uma reação são:
- Concentração (ou pressão, no caso de gases): maior concentração dos reagentes implica mais moléculas por volume, logo mais colisões por segundo e, consequentemente, maior frequência de colisões efetivas.
- Natureza dos reagentes: substâncias iônicas em solução geralmente reagem mais rápido que moléculas covalentes, pois não precisam quebrar tantas ligações antes de formar produto.
- Superfície de contato (para sólidos): quanto maior a área exposta de um reagente sólido, mais moléculas ficam disponíveis para colidir com o outro reagente, acelerando a reação.
- Catalisador: uma substância que fornece um caminho com energia de ativação menor (
) sem ser consumida, aumentando a fração de colisões que vencem essa barreira energética. - Temperatura: ao elevar a temperatura, a energia cinética média das moléculas sobe, aumentando tanto a frequência de colisões quanto a fração de colisões com energia igual ou superior a
.
Passo 3
Qualitativamente, quando a temperatura aumenta:
. A energia cinética média das moléculas cresce.
. A frequência de colisões aumenta (mais agitação térmica).
. A fração de colisões “efetivas” — isto é, com energia
energia de ativação — também aumenta significativamente.
No geral, a reação acelera porque há mais encontros e mais desses encontros são capazes de ultrapassar a barreira de .
No geral, a reação acelera porque há mais encontros e mais desses encontros são capazes de ultrapassar a barreira de
Passo 4
Quantitativamente, descrevemos o efeito da temperatura na constante de velocidade
pela equação de Arrhenius. Em sua forma básica:
onde
é o fator pré-exponencial (ou frequência de colisões efetivas),
é a energia de ativação,
é a constante universal dos gases e
é a temperatura absoluta em kelvin.
Daí, para duas temperaturas
e
, temos
Isso mostra que
cresce exponencialmente com
diminuindo, ou seja, mesmo pequenos aumentos em
podem duplicar (ou mais) a velocidade de reação.
Resposta
(a) Concentração/pressão; natureza dos reagentes; superfície de contato; catalisador; temperatura.
(b) Aumentar
eleva a energia cinética média e a frequência de colisões efetivas, acelerando a reação.
(c) Pela equação de Arrhenius:
e para duas temperaturas,