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Grupo de Estudos – QUÍMICA (Tema 6/10)

Olá, estudantes!

Vamos seguir com nossos estudos sobre os temas de Química que mais caem no Enem? 

O tema da postagem agora é: Dinâmica das Transformações Químicas.

A dinâmica das reações químicas se baseia em teorias que tentam explicar o que ocorre em termos moleculares no ponto decisivo de uma reação e quais fatores que influenciam os seus diferentes parâmetros cinéticos. Sabemos que durante a reação ocorre então profundas modificações da estrutura da matéria, assim como também ocorre redistribuição de energias onde antigas ligações são rompidas e novas se formam.

A teoria da colisão é a mais simples das explicações quantitativas das velocidades de reação. Ela é aplicada basicamente a reações elementares bimoleculares em fase gasosa, e se baseia na teoria cinética dos gases (aprendemos um  pouco sobre essa teoria na postagem anterior – Tema 5).

Com base na teoria das colisões podemos notar que durante uma reação química a constante de velocidade (k) depende dos seguintes fatores: frequência de colisões das moléculas, energia mínima necessária para que uma colisão tenha energia suficiente para resultar no produto da reação e da probabilidade de que a colisão entre as moléculas ocorra em uma orientação favorável à transformação dos reagentes em produtos.

Por isso essa teoria prevê o valor da constante de velocidade com bastante exatidão apenas para reações que envolvam espécies atômicas ou moléculas simples e se a energia de ativação (Ea) for conhecida.  Entretanto ela não prevê bem as constantes de velocidade para moléculas complexas, que tendem ser menores que as calculadas.

Isso acontece devido a consideração que cada colisão suficientemente energética como uma colisão efetiva e na realidade, as moléculas podem não se aproximar umas das outras da forma correta para que a reação ocorra, mesmo que tenha energia disponível. Devido a isso, uma nova teoria surgiu, a chamada Teoria do Estado de Transição também conhecida como Teoria do Complexo  Ativado.

O ponto de partida da teoria do estado de transição é semelhante ao da teoria de colisão, considerando uma colisão bimolecular, é formado um complexo ativado de energia relativamente alta. Este complexo fica no pico da curva e representa uma combinação das moléculas dos reagentes, como se fosse uma molécula ordinária. Um aspecto importante desta teoria é que durante a formação do complexo ativado a distância das ligações entre os átomos das moléculas dos reagentes se tornam maiores, e também mais fracas, ao passo que as novas ligações, que formarão as moléculas do produto de reação, são apenas parcialmente estabelecidas. Saiba Mais!

Para entendermos melhor essas teorias e os mecanismos das reações químicas é preciso recorrer à Cinética Química que é a parte da química que estuda as velocidades das reações e os fatores que a influenciam.

Como já sabemos, existem reações químicas rápidas (instantâneas) e as reações que são lentas. Reações rápidas são, por exemplo a reação de combustão – queima, e também uma reação de neutralização (interação entre um ácido e uma base formando um sal e água).

Reações lentas, podemos citar a fermentação, um processo enzimático em que as leveduras utilizam os açúcares presentes no meio fermentando-os, produzindo o etanol, o vinho ou fazer a massa do pão crescer. 

Estudamos na 3ª Série do Ensino Médio (Volume 3 – Química) quais fatores podem alterar a rapidez que uma transformação química ocorre e suas características (páginas 26 até 30).

Quando falamos sobre o que é cinético, é essencial entender bem a velocidade média de uma reação (Vm) que é a variação na quantidade de um reagente ou produto em um determinado intervalo de tempo. 

Velociadde Média é a variação na quantidade de um reagente ou produto em um determinado intervalo de tempo.

Note que o símbolo [A], [B], [C] e [D] refere-se à concentração, geralmente apresentada em mol/L. A taxa de desenvolvimento média de uma reação química leva em consideração, além do consumo ou formação dos produtos, os coeficientes da equação balanceada. Observe também que os valores negativos indicam o consumo da substância e os valores positivos indicam que as substâncias estão surgindo.

O símbolo Δ significa variação, então temos:

Δ[ ] = [concentração final] [concentração inicial]

Δt = tempo final tempo inicial 

Lei da Velocidade da Reação

A Lei da Velocidade da Reação, também conhecida por Lei da Ação das Massas, Equação de Rapidez, Lei Cinética da Reação e Lei de Guldberg-Waage, relaciona a rapidez de uma transformação química com as concentrações dos reagentes em quantidade de matéria (mol/L), podendo ser enunciada da seguinte forma:

“A velocidade de uma reação química é diretamente proporcional ao produto de uma constante (k) pelas concentrações dos reagentes em mol/L, elevadas aos seus expoentes determinados experimentalmente.”

TRADUZINDO: A velocidade das reações é diretamente proporcional à concentração dos reagentes. Ou seja, como a quantidade de partículas dos reagentes irá aumentar num mesmo espaço, haverá mais choques efetivos entre elas que resultarão no aumento da taxa de desenvolvimento da reação. O que significa que aumentará sua velocidade.

Na fórmula temos:

v = k . [A] α  [B] β

Em que:

v = velocidade da reação, que é normalmente dada em mol. L-1. min-1 ou em mol.L-1.s-1;
k = constante de velocidade que é típica de cada reação e varia com a temperatura;

[A] e [B] = concentração em mol. L-1 dos reagentes A e B;
α e βsão denominados “ordem de reação” e são determinados experimentalmente.

Em reações elementares, ou seja, que ocorrem em uma única etapa, esses valores são iguais aos coeficientes dos reagentes da reação. Porém, isso só vale para as reações elementares. Nas outras reações que ocorrem em duas ou mais etapas, é necessário realizar vários experimentos para se descobrir o valor correto. Nesses casos, a soma α + β nos fornece a ordem de reação global.

Vamos entender melhor essa fórmula, aplicando num exemplo? Considere a reação elementar de decomposição do gás cloreto de hidrogênio formando gás hidrogênio e gás cloro:

2 HCl(g)   →   H2(g)  +  Cl2(g)

a) Escreva a equação de velocidade dessa reação =  v = k . [HCl] 2

b) Por meio de experiências, a velocidade dessa reação de decomposição do gás cloreto de hidrogênio e a concentração desse reagente, em temperatura constante de 25º C, foram anotadas na tabela abaixo:

Tabela com concentração e velocidade de reação

Com base nisso, determine a constante de velocidade característica dessa reação na temperatura mencionada.

Resolução:

v = k . [HCl]2

k = __v__
        [HCl]2
   

Utilizando os dados do experimento 1 da tabela temos:

v = 1,01 x  10-3 mol/L = 0,001 mol/L-1. min-1

[HCl] 2 = [0,10] 2 = [0,01 mol/L]

Portanto: 

k =    0,001 mol/L-1.min-1
0,01 mol/L

k = 0,1   

ou

k = 1,0 x  10-1 mol/L-1.min-1

Utilizando os dados do experimento 2 da tabela temos:

v = 2,02 x  10-3 mol/L = 0,002 mol/L-1. min-1

[HCl] 2 = [0,20] 2 = [0,04 mol/L]

Portanto: 

k =     0,002 mol/L-1.min-1
  0,04 mol/L

k = 0,05

ou

k = 5,0 x  10-2mol/L-1.min-1

Utilizando os dados do experimento 3 da tabela temos:

v = 4,04 x  10-3 mol/L = 0,004 mol/L-1. min-1

[HCl] 2 = [0,40] 2 = [0,16 mol/L]

Portanto: 

k =   0,004 mol/L-1.min-1
  0,16 mol/L

k = 0,025

ou

k = 2,5 x  10-2 mol/L-1.min-1

Utilizando os dados do experimento 4 da tabela temos:

v = 6,06 x  10-3 mol/L = 0,006 mol/L-1. min-1

[HCl] 2 = [0,60] 2 = [0,36 mol/L]

Portanto: 

k =    0,006 mol/L-1.min-1
 0,36 mol/L

k = 0,016

ou

k =  1,6 x 10-2  mol/L-1.min-1

Por dentro da Ordem de uma Reação Química

A ordem de uma reação é uma relação matemática que serve para relacionar a velocidade da reação com a concentração em quantidade de matéria dos reagentes.

Essa ordem da reação pode ser dada em relação a apenas um dos reagentes ou pode ser uma ordem global da reação:

– Se for em relação a um determinado reagente, a ordem será igual ao expoente da sua concentração na expressão da lei da velocidade;

– Se for a ordem global da reação, ela será obtida por meio da soma dos expoentes na equação da lei da velocidade.

O texto sobre a Lei da velocidade das reações mostrou que, considerando a seguinte reação genérica:

aA + bB → cC + dD

Se ela for elementar (ocorrer em uma única etapa), a sua equação da lei da velocidade será dada por:

v = k . [A] α[B] β

Observe que os expoentes serão os respectivos valores dos coeficientes na equação química balanceada. Por exemplo, considere a seguinte reação elementar:

1 C2H4 (g) 1 H2 (g) → 1 C2H6 (g)

A equação da lei da velocidade dessa reação será:

v = k [C2H4]1 . [H2]1

ou

   v = k [C2H4] . [H2]

Dizemos então que, em relação a C2H4, a reação é de 1ª ordem. Isso quer dizer que, se dobrarmos o valor da concentração desse reagente, a velocidade da reação também dobrará. O mesmo se aplica em relação ao H2.

Já a ordem global dessa reação, conforme já dito, é dada pela soma dos expoentes na equação da lei da velocidade. Então, ela será igual a 2 (1 + 1), ou podemos dizer que a reação é de 2ª ordem.

Então, para fixarmos mais estes aprendizados, vamos exercitar com  mais questões do Enem e outros vestibulares!

* o Gabarito das questões do tema anterior seguem no final desta postagem.

Bons Estudos!!

 
Ano: 2016 Banca: INEP Órgão: ENEM Prova: INEP – 2016 – ENEM – Exame Nacional do Ensino Médio 
 

(Q877502) Para comparar a eficiência de diferentes combustíveis, costuma-se determinar a quantidade de calor liberada na combustão por mol ou grama de combustível. O quadro mostra o valor de energia liberada na combustão completa de alguns combustíveis.

As massas molares dos elementos H, C e O são iguais a 1 g/mol, 12 g/mol e 16 g/mol, respectivamente.

ATKINS, P Princípios de química. Porto Alegre: Bookman, 2007 (adaptado).

Qual combustível apresenta maior liberação de energia por grama?

Hidrogênio.

Etanol.

Metano.

Metanol.

Octano.

 
Ano:2013 Banca:INEP Órgão: ENEM Prova:INEP – 2013 – ENEM – Exame Nacional do Ensino Médio 
 

(Q889207) A hematita (Fe2O3), além de ser utilizada para obtenção do aço, também é utilizada como um catalisador de processos químicos, como na síntese da amônia, importante matéria-prima da indústria agroquímica.

MEDEIROS, M. A. F Química Nova na Escola, São Paulo, v. 32, n. 3, ago. 2010 (adaptado).

O uso da hematita viabiliza economicamente a produção da amônia, porque: 

diminui a rapidez da reação.

diminui a energia de ativação da reação.

aumenta a variação da entalpia da reação.

aumenta a quantidade de produtos formados.

aumenta o tempo do processamento da reação.

(Uni-Rio-RJ) Num laboratório, foram efetuadas diversas experiências para a reação:

2 H2(g) + 2 NO(g) → N2(g) + 2 H2O(g)

Com os resultados das velocidades iniciais obtidos, montou-se a seguinte tabela:

Dados obtidos em experimento sobre a lei da velocidade
Dados obtidos em experimento sobre a lei da velocidade

Baseando-se na tabela acima, podemos afirmar que a lei de velocidade para a reação é:

(A) V = k. [H2]
(B) V = k. [NO]
(C)  V = k. [H2] . [NO]
(D) V = k. [H2]2 . [NO]
(E) V = k. [H2] . [NO]2

Ano:2019 Banca:INEP Órgão: ENEM Prova:INEP – 2019 – ENEM – Exame Nacional do Ensino Médio 

(Q101) Glicólise é um processo que ocorre nas células, convertendo glicose em piruvato. Durante a prática de exercícios físicos que demandam grande quantidade de esforço, a glicose é completamente oxidada na presença de O2.
Entretanto, em alguns casos, as células musculares podem sofrer um déficit de O2 e a glicose ser convertida em duas moléculas de ácido lático. As equações termoquímicas para a combustão da glicose e do ácido lático são,
respectivamente, mostradas a seguir:

C6H12O6(s) + 6 O2 (g) → 6 CO2 (g) + 6 H2O (l)           ∆H = −2 800 kJ
CH3CH(OH)COOH (s) + 3 O2 (g) → 3 CO2 (g) + 3 H2O (l)  ∆H = −1 344 kJ

O processo anaeróbico é menos vantajoso energeticamente porque:

(A) libera 112 kJ por mol de glicose.
(B) libera 467 kJ por mol de glicose.
(C) libera 2 688 kJ por mol de glicose.
(D) absorve 1 344 kJ por mol de glicose.
(E) absorve 2 800 kJ por mol de glicose.

*Disponível o Gabarito das questões do tema anterior.

Se deseja acessar as questões completas, clique AQUI. 

(Q957460) Correta: Alternativa D. Em qual etapa ocorre a síntese desse combustível?” Síntese na química é o processo de obter compostos químicos a partir de substâncias mais simples. Isso ocorre na etapa 4 onde ocorre à fermentação, açúcar + levedura produzindo a função Álcool OH (nesse caso álcool etílico) e CO2. Na etapa 5 temos à separação dessa mistura.

(Q889022) Correta: Alternativa C. O calor gerado a partir destes elementos transforma em vapor a água presente em tubos localizados nas paredes da caldeira. Tal vapor, em condições de alta pressão, faz girar uma turbina, que aciona o gerador elétrico. Deste, a energia é conduzida até um transformador para ser distribuída para consumo, enquanto a água é resfriada em um condensador e redirecionada aos tubos da caldeira, para repetir o ciclo.”

(Q571978) Correta: Alternativa C. Uma regrinha de 3 sempre ajuda nessa hora! Prestando bastante atenção às informações do enunciado e ao diagrama da questão temos: 

Energia liberada

18,8 kJ — 1 g

X kJ — 5 g

X = 94 kJ

Energia absorvida:

2,4 kJ — 1 g

Y kJ — 5 g

Y = 12 kJ

Energia total = – 94 +12 = – 82 kJ

(Q947479) Correta: Alternativa C. O íon cloreto age como catalisador, portanto ele irá diminuir a energia de ativação da reação.

(Q888789) Correta: Alternativa D. Pessoas que são expostas à radiação sofrem alteração nas células, podendo ter consequências sérias como o câncer.

 

Fontes.

  1. Adaptações dos Cadernos do Estudante EJA Mundo do Trabalho – Química. Vol. 3.
  2. Cinética Química. Disponível em https://www.todamateria.com.br/cinetica-quimica/
  3. Lei da Velocidade das Reações Químicas . Disponível em https://brasilescola.uol.com.br/quimica/lei-velocidade-das-reacoes-quimicas.htm
  4. Questões Enem Química. site Qconcursos. Disponível em https://www.qconcursos.com
  5. Acervo de questões Enem. Disponível em https://s5.static.brasilescola.uol.com.br/enem/arquivos/caderno-de-questoes-2-dia-caderno-12-verde-libras-aplicacao-regular.pdf
  6. Imagens retiradas da internet do site de busca.
Quelselise Xavier

Profa. Quelselise

A Humildade não te faz Melhor que Ninguém, mas te faz Diferente de Muitos! ("Pensador)

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