Doutora em Química (UFRJ, 2018) Show
Ouça este artigo: Um catalisador é uma substância que aumenta a velocidade de uma reação química sem estar sendo consumido por ela. O catalisador não tem efeito sobre o equilíbrio de uma reação, ele pode acelerar ou retardar a velocidade na qual uma reação atinge o equilíbrio, mas ele não afeta a composição no equilíbrio. Seu papel é oferecer uma rota mais rápida para o mesmo destino. Representativamente, colocamos o catalisador em cima da seta que mostra a conversão de reagentes em produtos. Um exemplo bastante usual de reação catalisada é a decomposição da água oxigenada, que sofre uma decomposição muito lenta em condições ambiente, formando gás oxigênio e água. H2O2 → O2 + H2O Ao colocarmos a água oxigenada em um machucado, pode-se observar a formação de bolhas em grande quantidade. Essas bolhas são o gás oxigênio sendo formado rapidamente, ou seja, essa reação foi acelerada ao colocar a água oxigenada em contato com o machucado. Isso ocorre porque o sangue contém um catalisador biológico para essa reação, chamado de catalase. A catalase é uma enzima presente não só no sangue, mas em diversos outros materiais, como a batata por exemplo. Em geral, o catalisador acelera a reação encontrando um caminho alternativo (um atalho), que em química traduz-se como um mecanismo de reação diferente, entre reagentes e produtos. Esse novo caminho tem uma energia de ativação menor que a do caminho original. O catalisador é uma substância que afeta a reação já em pequenas quantidades, pois como não é consumido, pode agir muitas e muitas vezes. Com relação ao equilíbrio, o catalisador é capaz de aumentar a velocidade de uma reação em ambos os sentidos dela, na mesma proporção, e por esta razão o equilíbrio não é afetado.A catálise pode ser dividida em dois tipos:
Em algumas situações, é comum usar catalisadores com o objetivo de diminuir a velocidade de uma reação. Neste caso, chamamos o catalisador de veneno pois este irá retardar a velocidade de um processo. Enzimas – Os catalisadores vivosOs organismos vivos possuem milhares de proteínas que funcionam como catalisadores de reações metabólicas. Esses catalisadores são chamados de enzimas e são moléculas que possuem um sítio ativo parecido com uma cavidade, onde uma reação específica pode ocorrer. O substrato, molécula na qual a enzima age, se encaixa na cavidade como uma chave se encaixa em uma fechadura. Essa especificidade das enzimas diante dos substratos e produtos é muito maior que a da maioria dos catalisadores químicos. Isso quer dizer que uma dada enzima catalisa uma única reação das várias que um único substrato pode sofrer. Na maioria das vezes, as velocidades das reações catalisadas por enzimas têm um aumento da ordem de 106 a 1012 vezes em relação às velocidades das reações não catalisadas. Bibliografia: Atkins, P.W., Jones, L., Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente 5ª ed., Porto Alegre: Ed. Bookman, 2012. Usberco J., Salvador E., Química Geral, 12ª.ed., São Paulo: Saraiva, 2006. http://www.fcfar.unesp.br/alimentos/bioquimica/enzimas.htm Texto originalmente publicado em https://www.infoescola.com/quimica/catalisadores/ A cinética química consiste no estudo das velocidades das reações químicas. Ela está presente no nosso dia a dia quando, por exemplo, guardamos os alimentos na geladeira a fim de retardar a sua decomposição, ou quando usamos uma panela de pressão com o objetivo de cozinhar os
alimentos mais rapidamente. 📚 Você vai prestar o Enem 2020? Estude de graça com o Plano de Estudo Enem De Boa 📚 As reações químicas acontecem com diferentes velocidades e a cinética química pode ser alterada. As velocidades de reação
determinam o quão rapidamente os reagentes são consumidos e os produtos são gerados. Sabemos que uma reação é rápida quando os reagentes se transformam em produtos quase instantaneamente. Exemplo: a explosão de uma bomba ou uma reação de precipitação. Em reações lentas, por outro lado, os reagentes levam um longo tempo para gerar os produtos. Exemplo: processo de corrosão ou decomposição de material orgânico. A velocidade de uma reação é definida como a variação da concentração de um dos reagentes, ou um dos produtos, dividida pelo tempo que a transformação leva para acontecer. A velocidade pode mudar com o tempo, por isso, definimos a velocidade média da reação como a variação da concentração molar de um reagente ou produto durante um certo intervalo de tempo. A
expressão da velocidade média (Vm) é dada por: $$Vm = {Δ [ ] \over Δt}.$$ $$Vm = {[final] - [inicial] \over tfinal - tinicial}.$$ Como os reagentes são consumidos, ao calcular Δ [reagentes] obtemos um valor negativo, já que a concentração final é menor do que a inicial. Por isso, colocaremos um sinal negativo na equação acima para garantirmos que a velocidade média da reação seja positiva. Portanto, as expressões da velocidade média para reagentes e
para produtos são dadas por: $$Vm = {- Δ [Reagentes] \over Δt}.$$ ou $$Vm = {Δ [Produtos] \over Δt}.$$ Diversos fatores interferem na ocorrência de uma reação química. Primeiro, deve haver uma afinidade química entre os reagentes para permitir que a reação ocorra. Além disso, esses reagentes devem estar em
contato, garantindo a colisão entre as moléculas e resultando na quebra das ligações e formação de novas ligações. Nas reações químicas, ocorre o rearranjo dos átomos dos reagentes para formar os produtos. Porém, não são todos os choques que ocorrem entre as partículas que vão resultar em produtos (choques não-eficazes). São os choques eficazes ou
efetivos que resultarão na quebra das ligações dos reagentes e na formação de novas ligações para gerar os produtos. Quando ocorre o choque em uma posição favorável, é formada uma estrutura intermediária entre os reagentes e os produtos conhecida como complexo ativado. O complexo ativado é um estado intermediário, ou estado de transição, cuja estrutura apresenta ligações enfraquecidas entre os reagentes e permite a formação de novas
ligações que irão compor os produtos, conforme mostra o exemplo abaixo. Fonte: USBERCO, J. e SALVADOR, E. 2013. Química. São Paulo: Editora Saraiva. Para que o complexo ativado se forme, as moléculas dos reagentes devem possuir energia suficientemente alta e colisão em geometria favorável. Essa energia é conhecida como energia de ativação (Ea) e é a menor quantidade de energia necessária para que a reação química ocorra. A energia de ativação é necessária tanto para reações exotérmicas quanto endotérmicas, como indica os diagramas a seguir: Fonte: USBERCO, J. e SALVADOR, E. 2013. Química. São Paulo: Editora Saraiva. Quanto menor for a energia de ativação, mais rapidamente a reação ocorrerá. Fatores que influenciam a velocidade de uma reaçãoSuperfície de contatoQuanto maior a superfície de contato dos reagentes, maior será a velocidade de reação. Os reagentes terão maior superfície de contato quanto menores forem seus fragmentos. Isso fará com que o número de choques seja maior e, com isso, a velocidade da reação será, também, maior. TemperaturaAltas temperaturas aumentam a energia cinética das moléculas, fazendo com que o número de choques aumente e, consequentemente, a velocidade da reação também. O cientista Jacobus de Van’t Hoff estabeleceu a seguinte relação entre a variação da temperatura e a velocidade das reações: um aumento de 10 °C faz com que a velocidade da reação dobre. Seguindo essa regra, os alimentos devem se deteriorar 4 vezes mais rápido a 25°C do que em uma geladeira, a 5°C, por exemplo. CatalisadorOs catalisadores são substâncias usadas para acelerar as reações químicas sem serem consumidas durante a reação. Por exemplo, em nosso sistema digestório existem enzimas que funcionam como catalisadores biológicos na conversão de nutrientes em substâncias que são absorvidas e utilizadas pelas nossas células. A energia de ativação necessária para que a reação ocorra é menor quando são utilizados catalisadores, acelerando a reação. Observe o gráfico abaixo:
Fonte: USBERCO, J. e SALVADOR, E. 2013. Química. São Paulo: Editora Saraiva. Perceba que o uso do catalisador não altera o ΔH da reação e nem o seu rendimento. A quantidade de produtos formados será a mesma nos dois casos. A única diferença está no tempo da reação. Além disso, um catalisador irá acelerar tanto a reação direta quanto a reação inversa, reduzindo a energia de ativação de ambas. Concentração dos reagentesComo a velocidade de reação depende do número de choques entre as moléculas, quanto maior for a concentração dos reagentes, maior será a velocidade da reação. No caso de reagentes gasosos, quando a pressão for aumentada, haverá uma redução no volume, causando aumento nas concentrações dos reagentes. Lei da velocidadePodemos expressar matematicamente a velocidade de uma reação química relacionando-a com a concentração dos reagentes através da lei da velocidade ou lei cinética. De acordo com a lei da velocidade, para uma reação genérica: a A + b B → c C Temos a seguinte lei da velocidade: v = k [A]x [B]y Considerando: v = velocidade da reação k = constante da velocidade, a uma dada temperatura [A] e [B] = concentrações dos reagentes (em mol/L) x e y = ordem da reação. São determinados experimentalmente. Para reações que ocorrem em uma única etapa (reação elementar), x e y correspondem aos coeficientes estequiométricos a e b. Logo: v = k [A]a [B]b
A maioria das reações ocorre em mais de uma etapa, e o conjunto dessas etapas é denominado mecanismo de reação. Mecanismos de reaçõesO mecanismo de reação é o conjunto de etapas que transformam os reagentes em produtos. Nesse mecanismo, existem etapas que são lentas e etapas que são rápidas. A velocidade da reação sempre será determinada pela etapa mais lenta. Genericamente, temos: 2 A + B → A2B Mecanismo:
Determinação experimental da equação da velocidade de uma reaçãoPara escolher uma equação matemática para representar a variação da velocidade de uma reação com a concentração dos reagentes, devemos nos basear somente em dados experimentais. Observe o exemplo abaixo: 2 A + 3 B → C A tabela seguinte fornece valores experimentais da variação da velocidade com a concentração dos reagentes:
De acordo com a lei da velocidade, a equação da velocidade, baseada na equação global, seria: v = k [A]2 [B]3 Essa reação está inadequada, pois devemos nos basear nos dados experimentais mostrados na tabela para determinar os valores corretos de x e y e, com isso, deduzir a equação da velocidade. Para sabermos os valores de x e y:
Podemos concluir, com isso, que a velocidade varia com a primeira potência de [A] e com a segunda potência de [B]. A equação da velocidade é, então: v = k [A]1 [B]2 🎓 Você ainda não sabe qual curso fazer? Tire suas dúvidas com o Teste Vocacional Grátis do Quero Bolsa 🎓 Exercício de fixação ENEM/2010 Alguns fatores podem alterar a rapidez das reações químicas. A seguir, destacam-se três exemplos no contexto da preparação e da conservação de alimentos: Com base no texto, quais são os fatores que influenciam a rapidez das transformações químicas relacionadas aos exemplos 1, 2 e 3, respectivamente? A Temperatura, superfície de contato e concentração. B Concentração, superfície de contato e catalisadores. C Temperatura, superfície de contato e catalisadores. D Superfície de contato, temperatura e concentração. E Temperatura, concentração e catalisadores. O que pode ser feito para acelerar uma reação química?Os principais fatores que alteram a velocidade das reações são a superfície de contato, a temperatura, a concentração dos reagentes e o uso de catalisadores.
Como acelerar é ou retardar as reações?Um dos fatores para a ocorrência de uma reação é que as moléculas dos reagentes devem colidir de modo efetivo. Quanto maior a superfície de contato, maior o número de moléculas que irão colidir, aumentando também a probabilidade de ocorrerem choques efetivos e, por fim, o aumento da velocidade da reação.
O que pode tornar uma reação química mais rápida ou mais lenta?A velocidade das reações químicas é alterada principalmente por variações na superfície de contato, na concentração dos reagentes, na temperatura e pelo uso de catalisadores.
Quais fatores que alteram a velocidade das transformações químicas retardar ou acelerar?Os seguintes fatores podem alterar a velocidade de uma reação química: concentração de reagentes, temperatura, superfície de contato e presença de um catalisador. A velocidade de uma reação é representada pelo consumo dos reagentes e a formação dos produtos.
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O que pode ser feito para se acelerar ou retardar uma reação química?
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