Use a teoria cinética para explicar as seguintes observações: (a) a velocidade de una reação em fase gasosa depende da energia com que duas moléculas colidem, que, por sua vez, depende das suas velocidades; (b) na atmosfera terrestre, gases leves, como
, são menos abundantes, enquanto gases pesados, como
e
são mais abundantes.
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão tá pedindo. A gente precisa usar a teoria cinética para explicar duas observações:
a) A velocidade de uma reação em fase gasosa depende da energia com que duas moléculas colidem, e essa energia depende das velocidades delas.
b) Na atmosfera terrestre, gases leves como
e
são menos abundantes, enquanto gases mais pesados como
,
e
são mais abundantes.
Vamos precisar entender alguns conceitos básicos da teoria cinética dos gases, como a energia cinética das moléculas, distribuição de velocidades e como esses fatores influenciam as reações químicas e a composição atmosférica.
Passo 2
Primeiro, vamos falar sobre a energia das moléculas nas reações gasosas. Na teoria cinética, a energia cinética ($ E_k
m
v $) através da fórmula:
Isso significa que moléculas mais rápidas (maior $ v $) ou mais pesadas (maior $ m $) têm mais energia cinética.
Passo 3
Para que uma reação química aconteça, as moléculas precisam colidir com energia suficiente para superar a barreira de ativação da reação. Portanto, se as moléculas têm mais energia cinética, a chance de essas colisões resultarem em reação aumenta, aumentando assim a velocidade da reação.
Passo 4
Agora, pensando na atmosfera terrestre, a distribuição de velocidades das moléculas de gás é descrita pela distribuição de Maxwell-Boltzmann. Essa distribuição mostra que, para uma dada temperatura, as moléculas têm uma variedade de velocidades, mas há uma média que depende da massa das moléculas.
Passo 5
Gases mais leves, como
e
, têm massas moleculares menores. De acordo com a fórmula da energia cinética, para uma mesma energia, essas moléculas têm velocidades maiores que as de gases mais pesados. Porém, na atmosfera, essas moléculas mais leves tendem a escapar mais facilmente para o espaço porque alcançam velocidades suficientes para superar a gravidade terrestre.
Passo 6
Por outro lado, gases mais pesados como
,
e
têm massas maiores, o que significa que, para a mesma energia cinética, eles se movem mais devagar. Isso faz com que seja mais difícil para essas moléculas alcançarem a velocidade de escape e, portanto, permanecem mais abundantes na atmosfera terrestre.
Resposta
Assim, a teoria cinética explica que a velocidade das reações em fase gasosa está ligada à energia das colisões das moléculas, que por sua vez depende das velocidades delas. Além disso, na atmosfera terrestre, moléculas mais leves têm maior capacidade de escapar, tornando gases pesados mais abundantes.