Fatores que afetam a velocidade das reações

De modo geral, podemos estabelecer 4 fatores principais que afetam a velocidade das reações químicas:

➽ Temperatura

➽ Concentração

➽ Superfície de Contato

➽ Catalisador

Na cinética Química, assunto que relaciona o movimento das moléculas e a velocidades das reações também estudamos a Teoria da Colisão.  Assim deve-se entender com clareza o que ela propõe, para justificar como os fatores conseguem afetar a velocidade das reações.

Mas então, como esses fatores podem influenciar a reação química? 

Uma resposta simplificada...

Para TEMPERATURA:
quanto maior a temperatura ⤍ maior a agitação das moléculas ⤍ assim, maior a possibilidade de choque entre as substâncias ⤍ e maior chance de acontecer a reação.

Para a CONCENTRAÇÃO:
quanto maior a concentração ⤍ maior a quantidade de moléculas ⤍ assim, maior a possibilidade delas se chocarem  ⤍ e maior chance de formação de novas substâncias.

Para a SUPERFÍCIE DE CONTATO: 
quanto maior a superfície de contato ⤍ maior a possibilidade de interação entre as moléculas ⤍ assim, maior a chance de uma colisão efetiva  ⤍ e maior chance de formação de produtos.

Um bom exemplo disso, é comparar o tempo da reação de um medicamento antiácido com água, usando mesma quantidade um comprimido e um envelope. A reação com o medicamento do envelope é mais rápida pois ele pode ser pulverizado por toda superfície da água, enquanto que o comprimido tem sua área de reação com a água limitada a área do comprimido.

Para o CATALISADOR: ele atua diminuindo a energia de ativação da reação, para facilitar, podemos pensar que quando se utiliza um catalisador ele encontra uma atalho para a reação ocorrer mais rapidamente.

Abaixo disponibilizo um mapa com alguns conceitos importantes para serem estudados quando se trata de Cinética Química.

Funções orgânicas com carbonila

É bom lembrar que funções orgânicas são classes de compostos que apresentam características semelhantes. As principais funções estudadas e exigidas em provas de vestibular são: álcool, fenol, cetona, aldeído, ácido carboxílico, éter, éster, amina e amida.

O grupo funcional é a parte da estrutura do composto que identifica a qual função ele pertence, daí a importância em reconhecer e diferenciar os grupos funcionais.

Abaixo segue uma lista com apenas os compostos que apresentam como grupo funcional a carbonila (C=O).

Aldeído - carbonila posicionada na extremidade da cadeia carbônica pode ser no início ou no fim da cadeia.

Cetona - carbonila posicionada entre dois carbonos, independente se a cadeia é aberta ou fechada.

Ácido Carboxílico -  carbonila e hidroxila aparecem no mesmo carbono e sempre nas extremidades da cadeia carbônica.

No composto acima é possível observar uma estrutura com dois grupos funcionais iguais. Em geral, existem muitas substâncias que apresentam mais de um grupo funcional. Abaixo temos o exemplo de um ácido carboxílico com apenas um grupo funcional.

Éster - carbonila aparece conectada a outro oxigênio (heteroátomo) numa cadeia carbônica.

Amida - carbonila aparece conectada a um átomo de nitrogênio.

Para testar seu aprendizado segue o link para a resolução de um breve simulado com questões sobre funções orgânicas e isomeria plana.

↣ RESPONDER SIMULADO

Propriedades Coligativas

Propriedade das soluções

Comece pensando quais são as propriedades de um líquido que você já conhece, como água por exemplo, sua densidade, seu ponto de ebulição, ponto de fusão, entre outras.

Certo, e se você misturar alguma coisa na água como: leite, sal, ou quem sabe açúcar, será que a água continuará com suas propriedades iguais, ou será que existirão alterações?

Pois bem, é nesse contexto que se entende as propriedades coligativas. 

São alterações provocadas por um soluto não volátil adicionado a um solvente. Ao dissolver o soluto no solvente uma solução é formada, esta solução irá apresentar características diferentes do solvente puro.

Este é o resumo, para cada alteração temos um nome específico de propriedade coligativa: Tonoscopia, Ebulioscopia, Crioscopia e a Osmose. Vale lembrar que essas propriedades estão todas relacionadas entre si.

Para entender melhor podemos pensar, quando acontece a ebulição (fervura) de um líquido? 

Para responder usaremos a definição proposta por Usberco e Salvador em seu livro de Química:

Um líquido ferve (entra em ebulição) à temperatura na qual a pressão máxima de vapor se iguala à pressão exercida sobre sua superfície, ou seja, à pressão atmosférica.

Tonoscopia

Abaixamento da pressão de vapor de um líquido.

Ebulioscopia

Aumento da temperatura de ebulição de um líquido.

 Crioscopia

Abaixamento da temperatura de congelamento de um líquido.

Osmose

Passagem do solvente do meio menos concentrado para o meio mais concentrado através de uma membrana semi-permeável.

➜Em síntese, ao adicionar um soluto a um solvente, este terá sua pressão de vapor diminuída (tonoscopia), seu ponto de ebulição elevado (ebulioscopia) e seu ponto de congelamento diminuído (crioscopia). Quanto maior a concentração de íons, maiores os efeitos coligativos.

Pilhas e eletroquímica

Nas pilhas ocorrem reações químicas que produzem corrente elétrica. 

A Eletroquímica é a parte da Química que estuda esse tipo de reação chamada de oxidação e redução (óxido-redução ou oxi-redução).

Um bom exemplo deste tipo de reação é mostrada abaixo entre uma solução de nitrato de prata e um fio de cobre.

Imagem capturada do vídeo https://youtu.be/yO9sl60XAZo

Para saber o que é uma oxi-redução, basta pensar que é uma reação que acontece com transferência de elétrons, isto é, movimentação de cargas negativas (elétrons). Assim, um material perde elétrons (Oxida) enquanto outro material recebe os elétrons (Reduz). 

Vale lembrar que corrente elétrica pode ser definida justamente como um fluxo de elétrons, temos aí a grande utilidade das Pilhas, um dispositivo portátil que produz energia elétrica a partir de reações químicas.

A potência da pilha em volt ou a diferença de potencial (ddp) depende dos materiais que a compõe, para estimar estes valores existem dados do potencial padrão de redução tabelados (Figura 2 no fim do post) que devem ser consultados para utilização nos cálculos. Basicamente compara-se os valores de potenciais dos materiais que formam a pilha, calcula-se a variação (maior potencial menos o menor potencial) independente se for o valor de redução ou oxidação, se o resultado for positivo significa que a reação é espontânea com produção de energia elétrica.
O cálculo simples da ddp para a pilha pode ser determinado pela equação:

Mas antes de usar fórmulas e ficar fazendo um monte de contas é importante conhecer o comportamento do elemento químico (metal), se ele tem uma tendência maior para receber ou perder elétrons o esquema abaixo ajuda nessa compreensão. 

Tendência de reatividade dos metais

Resumindo:

Maior potencial de oxidação significa que o material irá perder elétrons.

Maior potencial de redução significa que o material irá
receber elétrons.

Os metais alcalinos são chamados de agentes redutores fortes, pois perdem seus elétrons para outros átomos com bastante facilidade, na esquema mostrado acima percebe-se a maior tendência de oxidação para os elementos das famílias 1 e 2 da Tabela Periódica. 

Fig. 1: Fusca de Museu.

Esses conceitos também são importantes para o entendimento sobre metal de sacrifício. Considere o item decorativo acima como peça de museu. Neste caso, se houvesse algum metal de sacrifício ligado ao para-choque do fusca, será que o que vemos na foto teria acontecido?

Fonte: Livro Química 2 - Ciscato, Pereira, Chemello e Proti.

Uma reserva (jazida) de sódio será que pode ser descoberta? 

E as pilhas recarregáveis, como funcionam?

Metal de Sacrifício

Metal escolhido para ser oxidado (sacrificado) protegendo assim outro material metálico da oxidação.

- Como exemplo, temos a tinta usada nos cascos dos navios para dificultar que a parte metálica da estrutura seja atingida pela corrosão.
- Outra situação comum é a utilização de pequenos blocos e também chapas de magnésio ou zinco ligadas a tanques de combustível subterrâneos ou tubulações de ferro usadas para canalizar a água. Nessas situações, o metal ligado ao tanque ou tubulação é corroído funcionando como um metal de sacrifício (ânodo) que protege o ferro ou aço.

Imagem de Andrew Martin por Pixabay 

Oxidação e Redução

Os processos de oxidação e redução ocorrem sempre simultaneamente, para que um átomo receba elétrons deverá existir outro perdendo esses elétrons, veja abaixo um resumo comparativo:

Oxidação X Redução

Em detalhes, um material ligado ao Ferro que seja mais reativo que ele (possua potencial de oxidação maior) vai oxidar, isto é, na linguagem popular vai enferrujar. Esse raciocínio vale para quaisquer dois metais que estejam conectados. 

Para saber qual elemento metálico é mais reativo e sofrerá a oxidação, basta comparar os valores dos potenciais, inclusive é calculando a diferença de potencial entre dois metais que se estabelece o valor em volt do potencial de uma pilha.
Mas onde você encontra esses valores de potenciais?

Pesquisando em  qualquer livro de Química a parte de eletroquímica, bem como na internet buscando por "Tabela de oxidação e redução" ou  "potencial padrão de redução" facilmente encontrará esses dados tabelados.