Cada reacção química anda com uma certa velocidade V que podemos definir: a quantidade de reagente que desaparece por segundo, ou: a quantidade de produto que aparece por segundo.
A pergunta é:
Porquê uma reacção é lenta enquanto que outra pode ser muito rápida? Quais os factores que influenciam esta velocidade e como será possível influenciar estes factores?
3.2 Mecanismo da reacção / colisões efectivas
Uma reacção tem sempre um mecanismo da reacção: a sequência dos vários passos. No mecanismo pode-se formar uma substância que não é o produto final, que ainda continua a reagir num passo seguinte.
Assim podem existir nas reacções químicas: substâncias intermediárias.
No caso de ter um mecanismo com vários passos, a velocidade da reacção depende do passo mais lento. Este passo mais lento define a velocidade da reacção total.
Exercício 29
Explique porque é que o passo mais lento determina a velocidade da reacção total.
Existem reacções químicas nas quais as partículas (moléculas, p.ex.) - simplesmente por ter energia suficiente - reagem numa reacção de decomposição. Neste caso, a velocidade da reacção não depende da presença de qualquer outra substância.
Exercício 30
A decomposição de ozone é chamada uma reacção ‘unimolecular’ ou ‘da primeira ordem’.
Explique esta afirmação.
Acontece que certas reacções são da primeira ordem (unimolecular), o que quer dizer: as partículas não precisam de chocar com outras. Podem, por exemplo, dividir-se espontaneamente em certas partes.
Exercício 31
Analise o seguinte gráfico que mostre a decomposição de 14C numa reacção da primeira ordem (unimolecular)
Outro exemplo duma reacção unimolecular é a decomposição do N2O4. Com energia suficiente, a molécula divide-se em duas partes (NO2).
Além disso, esta reacção também é uma reacção elementar, porque não é constituída por mais que 1 passo.
Exercício 32
Explique que esta reacção de decomposição é o oposto da reacção na figura que segue:
colisão efectiva
A maior parte das reacções químicas não é unimolecular, mas bimolecular: duas partículas chocam/colidem e uma colisão efectiva pode resultar numa reacção química. De modo geral, estes reacções não são elementares, têm um mecanismo da reacção mais complicado, com vários passos.
Uma reacção bimolecular não decorre automaticamente depois de qualquer colisão; deve ser uma colisão efectiva. Há também colisões sem efeito:
colisão não efectiva
Exercício 33
Duas possibilidades em termos de mecanismos da reacção, ou passos diferentes na reacção entre moléculas de dióxido de Nitrogénio.
No caso I, duas moléculas colidem, iniciando a reacção
No caso II, uma molécula divide-se e um dos produtos colide com uma outra molécula
Compare bem os dois mecanismos, procure bem as diferenças.
resposta 07-33
caso I
caso II
Para a velocidade elaborou-se uma fórmula matemática que inclui os factores mencionados.
Em palavras:
a velocidade depende de:
a concentração dos reagentes [ ]
a sua divisão física (hetero-homogénea)
a temperatura (oC ou K)
a presença do eventual catalisador (cat)
V ≈ [concentração] x divisão x energia das partículas x cat.
A velocidade duma reacção depende das concentrações dos reagentes, da divisão e da temperatura das substâncias, a sua reactividade e da presença dum catalisador.
Mas este fórmula assim é inútil. O que se faz é: manter constantes todos os factores, tirando a concentração dos reagentes. (Durante a reacção, as concentrações das substâncias mudam inevitavelmente)
Assim podemos chegar à fórmula matemática:
V = k.[conc.]n
V: é a velocidade
k: é o conjunto de constantes dos outros factores
n: é o coeficiente do reagente na equação da reacção
Cada reagente homogéneo entre assim na fórmula. Deixamos fora os reagentes heterogéneos
N.B.
Uma reacção com um grande valor de k tem reagentes fortes
Uma reacção com um pequeno valor de k tem reagentes fracos
Exercício 34
Controle a correspondência entre os dados na tabela e os dados no gráfico.
Considerando os três gráficos, qual é o seu comentário?
Exercício 35
Porque é que não é possível manter constante a concentração dos reagentes duma reacção?
resposta 07-35
Exercício 36
Dá a fórmula da velocidade da reacção:
H2(g) + Br2(g) 2HBr(g)
Um factor importante na velocidade das reacções é a reactividade das partículas. Existem partículas com uma reactividade muito alta. Podem ser os chamados ‘radicais’, que - de modo geral - se formam sob influência de luz e têm como particularidade de ter um ou mais electrões de valência impar, sozinho.
Obs: Os radicais são partículas neutras.
Exemplos:
Cl·
Br·
C·
— C — C — O·
Exercício 37
Explique porque é que o Ozone (O3) facilmente fornece radicais.
Outras partículas atacantes são aquelas com cargas. Existem partículas carregadas (+, -, δ+ ou δ-) que mostram uma grande reactividade.
Podemos distinguir duas possibilidades:
Uma carga negativa ataca uma carga positiva = mecanismo nucleófilo
Uma carga positiva ataca uma carga negativa = mecanismo electrófilo
Um exemplo, a elaborar pelo docente, é a reacção orgânica entre alcanois / ácidos alcanóicos na presença de ácido sulfúrico (o catalisador)
ácido propanóico + etanol
etilpropanoato + água (catalisador é ácido sulfúrico)
2HBr(g)