Ciências
O que é a velocidade de uma reação química e quais fatores a influenciam?
Resposta rápida
A velocidade de uma reação mostra o quão rápido os reagentes são consumidos ou os produtos se formam. Temperatura, concentração, superfície de contato e catalisadores a aumentam.
Numa frase
A velocidade de uma reação indica o quão rápido os reagentes se transformam em produtos: quanto produto se forma (ou quanto reagente é consumido) a cada segundo.
Explicação
Algumas reações acontecem num piscar de olhos, como um rojão. Outras levam anos, como a ferrugem de um portão. A maioria das reações do laboratório da escola fica no meio. A cinética química estuda essa rapidez, medida pela velocidade média:
velocidade média = quantidade de produto formado ÷ tempo, ou quantidade de reagente consumido ÷ tempo
A "quantidade" pode ser massa em gramas (g/s), volume de gás em mL (mL/s) ou quantidade de matéria em mols (mol/s). Para soluções, usa-se a concentração: v = |Δ[ ]| ÷ Δt, em mol/(L·s). Se 60 mL de gás se formam em 30 segundos, a velocidade média é 60 ÷ 30 = 2 mL/s.
relógio
fogo
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A teoria das colisões explica por que a velocidade muda. As partículas só reagem quando colidem, e só se a colisão tiver uma energia mínima, a energia de ativação, e uma orientação favorável. A maioria das colisões não dá em nada. Tudo o que torna as colisões efetivas mais frequentes acelera a reação. Os principais fatores são quatro:
- Temperatura. Partículas mais quentes se movem mais rápido. Colidem com mais frequência e, principalmente, uma fração maior das colisões tem energia suficiente. Regra aproximada para muitas reações: aumentar 10 °C mais ou menos dobra a velocidade.
- Concentração (ou pressão, nos gases). Mais partículas no mesmo volume significa colisões mais frequentes. Dobrar a concentração de uma solução muitas vezes dobra aproximadamente a velocidade.
- Superfície de contato. Só as partículas da superfície de um sólido podem ser atingidas. Cortar o sólido em pedaços ou moê-lo expõe mais superfície, e há mais colisões por segundo.
- Catalisador. Um catalisador oferece outro caminho com menor energia de ativação, então mais colisões são efetivas. Ele não é consumido. As enzimas são os catalisadores dos seres vivos.
Como medir a velocidade? Escolha algo que muda e cronometre: recolha o gás numa seringa ou numa proveta invertida, veja a massa cair na balança enquanto o gás escapa, ou meça quanto tempo uma solução leva para ficar turva (o clássico experimento da "cruz que desaparece", com tiossulfato de sódio e ácido). Se você mede quanto tempo leva uma mudança fixa, a velocidade é proporcional a 1 ÷ tempo: menos tempo significa mais velocidade.
Gráficos. Coloque a quantidade de produto em função do tempo. A curva é mais inclinada no começo, quando há mais reagente; depois fica menos inclinada e, por fim, fica plana quando um reagente acaba. A inclinação da curva é a velocidade (como num gráfico de linhas). Uma reação mais rápida dá uma curva mais íngreme que fica plana mais cedo, mas, com as mesmas quantidades de reagentes, chega à mesma quantidade final.
Exemplos
| Mudança | Efeito na velocidade | Por quê |
|---|---|---|
| Leite na geladeira | mais lenta (dura mais) | temperatura menor, menos colisões com energia |
| Pedaços de mármore → mármore em pó no ácido | mais rápida | maior superfície de contato |
| Ácido 2 mol/L em vez de 1 mol/L | mais rápida | mais partículas de ácido para colidir |
| Dióxido de manganês na água oxigenada | muito mais rápida | catalisador |
| Catalisador do escapamento do carro | elimina gases tóxicos mais rápido | catalisadores de platina, paládio e ródio |
| Cortar a batata em pedaços pequenos | cozinha mais rápido | mais superfície para o calor e as reações |
Erros comuns
- Dizer que o catalisador produz mais produto. Ele só produz o mesmo produto mais rápido; não muda a quantidade final.
- Dizer que as partículas "batem mais forte" e todas reagem. Só reagem as colisões com pelo menos a energia de ativação; a temperatura aumenta tanto a frequência quanto a energia das colisões.
- Achar que um pedaço grande tem mais superfície. Vários pedaços pequenos com a mesma massa têm mais superfície no total.
- Esquecer as unidades. Velocidade tem unidade, como g/s ou mL/s. "A velocidade é 2" não é resposta.
Passo a passo
Passo a passo
- Escolha o que medirVolume de gás, massa perdida ou o tempo até uma mudança de cor.
- Mantenha o resto igualMude só um fator para que a comparação seja justa.
- Faça as medidasAnote a quantidade em intervalos regulares, por exemplo a cada 10 segundos.
- Faça o gráficoQuantidade no eixo y, tempo no eixo x.
- Calcule a velocidadeVelocidade média = variação da quantidade ÷ variação do tempo. Para a velocidade num instante, trace a tangente e calcule sua inclinação.
Exercícios
Calcule e explique a velocidade
Resolve cada um e depois confere a resposta.
- Formam-se 60 mL de hidrogênio em 30 s. Calcule a velocidade média.
Ver resposta
60 ÷ 30 = 2 mL/s - Um frasco perde 1,2 g de massa em 40 s enquanto escapa gás carbônico. Calcule a velocidade média.
Ver resposta
1,2 ÷ 40 = 0,03 g/s - Recolhem-se 45 mL de gás em 1,5 minuto. Calcule a velocidade em mL/s.
Ver resposta
1,5 min = 90 s, então 45 ÷ 90 = 0,5 mL/s - Aos 10 s há 20 mL de gás e aos 30 s há 44 mL. Calcule a velocidade média nesse intervalo.
Ver resposta
(44 − 20) ÷ (30 − 10) = 24 ÷ 20 = 1,2 mL/s - A cruz desaparece depois de 50 s. Calcule 1 ÷ tempo.
Ver resposta
1 ÷ 50 = 0,02 s⁻¹ - Com temperatura maior, a cruz desaparece depois de 25 s. Como a velocidade mudou?
Ver resposta
O tempo caiu pela metade, então a velocidade dobrou (1 ÷ 25 = 0,04 s⁻¹). - A concentração de um ácido cai de 0,50 mol/L para 0,20 mol/L em 60 s. Calcule a velocidade média de consumo.
Ver resposta
(0,50 − 0,20) ÷ 60 = 0,30 ÷ 60 = 0,005 mol/(L·s) - Formam-se 0,024 mol de CO₂ em 120 s. Calcule a velocidade média em mol/s.
Ver resposta
0,024 ÷ 120 = 0,0002 mol/s (2 · 10⁻⁴ mol/s) - Um cubo de 1 cm de aresta é cortado em cubinhos de 1 mm. Como muda a área total?
Ver resposta
Antes: 6 · 1 = 6 cm². Depois: 1000 cubinhos · 6 mm² = 6000 mm² = 60 cm². Fica 10 vezes maior. - Adicionam-se 0,5 g de catalisador. Que massa de catalisador sobra no final?
Ver resposta
O catalisador não é consumido: 0,5 g. - Por que a curva fica plana no final?
Ver resposta
Um dos reagentes acabou, então não se forma mais produto. - Uma reação leva 80 s a 20 °C. Se a velocidade dobra a cada 10 °C, quanto tempo levaria a 40 °C?
Ver resposta
20 °C a mais significa 2 · 2 = 4 vezes mais rápida: 80 ÷ 4 = 20 s
Problemas
Velocidade das reações no dia a dia
Resolve cada um e depois confere a resposta.
- Por que guardamos alimentos na geladeira?
Ver resposta
O frio deixa mais lentas as reações que estragam a comida (muitas causadas por micróbios e suas enzimas), então ela dura mais. - A poeira de carvão numa mina pode explodir, mas um pedaço de carvão queima devagar. Por quê?
Ver resposta
A poeira tem uma superfície de contato enorme, então pode reagir com o oxigênio rapidíssimo. - Um comprimido efervescente inteiro leva 40 s para se dissolver; triturado, leva 15 s. Qual tem maior velocidade e por quê?
Ver resposta
O triturado: sua superfície maior gera mais colisões por segundo. - Uma fábrica usa ferro para produzir amônia mais rápido. Ela precisa comprar mais ferro todo dia por causa disso?
Ver resposta
Não. O ferro é um catalisador e não é consumido (embora com o tempo possa ficar sujo e precisar ser limpo ou trocado). - Ao dobrar a concentração do ácido, o tempo da reação cai de 60 s para 30 s. O que aconteceu com a velocidade?
Ver resposta
Ela dobrou: o dobro de partículas de ácido gera cerca do dobro de colisões por segundo.
Perguntas frequentes
Qual é a fórmula da velocidade das reações?
Velocidade média = quantidade consumida ou formada ÷ intervalo de tempo. Com concentrações, v = |Δ[ ]| ÷ Δt, em mol/(L·s). O módulo serve para a velocidade dar positiva também quando a quantidade do reagente diminui.
Como calcular a velocidade média de uma reação?
Pegue dois instantes, calcule quanto a quantidade mudou e divida pelo tempo entre eles. Exemplo: de 20 mL para 44 mL entre 10 s e 30 s dá 24 ÷ 20 = 1,2 mL/s.
Quais fatores influenciam a velocidade das reações químicas?
Temperatura, concentração dos reagentes (ou pressão, nos gases), superfície de contato e catalisadores. A luz também acelera algumas reações, como a fotossíntese e a decomposição da água oxigenada, que por isso é vendida em frasco escuro.
Como a temperatura influencia a velocidade das reações químicas?
Com mais temperatura, as partículas se movem mais rápido, colidem mais e mais colisões têm a energia de ativação. Por isso a velocidade aumenta; em muitas reações, ela mais ou menos dobra a cada 10 °C.
Como medir a velocidade de uma reação em um experimento?
Meça algo que muda com o tempo: o volume de gás formado (seringa), a massa perdida (balança) ou o tempo para a solução mudar de cor ou ficar turva. Um teste simples é comparar comprimidos efervescentes inteiros e triturados.
O que a energia de ativação tem a ver com a velocidade?
Quanto menor a energia de ativação, mais colisões conseguem reagir e mais rápida é a reação. É exatamente isso que o catalisador faz: oferece um caminho com energia de ativação menor.
Quiz rápido
Velocidade das reações químicas
Veja o que você sabe com 4 perguntas rápidas.
Pergunta 1 de 4
Por que mármore em pó reage mais rápido com ácido do que um pedaço de mármore de mesma massa?
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