Taxa de reação é um valor que mostra a mudança na concentração de reagentes durante um período de tempo. Para estimar seu tamanho, é necessário alterar as condições iniciais do processo.
Interações homogêneas
A velocidade de reação entre alguns compostos que estão na mesma forma agregada depende do volume das substâncias tomadas. Do ponto de vista matemático, é possível expressar a relação entre a taxa de um processo homogêneo e a variação da concentração por unidade de tempo.
Um exemplo de tal interação é a oxidação do óxido nítrico (2) em óxido nítrico (4).
Processos heterogêneos
A taxa de reação para substâncias de partida em diferentes estados de agregação é caracterizada pelo número de moles de reagentes de partida por unidade de área por unidade de tempo.
Interações heterogêneas são características de sistemas que possuem diferentes estados agregados.
Resumindo, notamos que a taxa de reação demonstra a mudança no número de mols dos reagentes iniciais (produtos da reação) paraperíodo de tempo, por interface de unidade ou por volume de unidade.
Concentração
Vamos considerar os principais fatores que afetam a velocidade da reação. Vamos começar com concentração. Tal dependência é expressa pela lei da ação das massas. Existe uma relação diretamente proporcional entre o produto das concentrações das substâncias que interagem, tomadas em termos de seus coeficientes estereoquímicos, e a velocidade da reação.
Considere a equação aA + bB=cC + dD, onde A, B, C, D são líquidos ou gases. Para o processo acima, a equação cinética pode ser escrita levando em consideração o coeficiente de proporcionalidade, que tem seu próprio valor para cada interação.
Como principal razão para o aumento da velocidade, pode-se notar um aumento no número de colisões de partículas reagentes por unidade de volume.
Temperatura
Considere o efeito da temperatura na velocidade da reação. Processos que ocorrem em sistemas homogêneos são possíveis apenas quando as partículas colidem. Mas nem todas as colisões levam à formação de produtos de reação. Apenas no caso em que as partículas têm uma energia aumentada. Quando os reagentes são aquecidos, observa-se um aumento na energia cinética das partículas, o número de moléculas ativas aumenta, portanto, observa-se um aumento na taxa de reação. A relação entre o índice de temperatura e a taxa de processo é determinada pela regra de van't Hoff: cada aumento de temperatura de 10°C leva a um aumento na taxa de processo de 2 a 4 vezes.
Catalisador
Considerando os fatores que afetam a velocidade da reação, vamos nos concentrar nas substâncias que podem aumentar a velocidade do processo, ou seja, nos catalisadores. Dependendo do estado de agregação do catalisador e dos reagentes, distinguem-se vários tipos de catálise:
- forma homogênea, na qual os reagentes e o catalisador possuem o mesmo estado de agregação;
- heterogênea quando reagentes e catalisadores estão na mesma fase.
Níquel, platina, ródio, paládio podem ser distinguidos como exemplos de substâncias que aceleram interações.
Inibidores são substâncias que retardam uma reação.
Área de contato
O que mais determina a velocidade da reação? A química é dividida em várias seções, cada uma das quais lida com a consideração de certos processos e fenômenos. O curso de físico-química examina a relação entre a área de contato e a velocidade do processo.
Para aumentar a área de contato dos reagentes, eles são triturados até um determinado tamanho. A interação mais rápida ocorre em soluções, razão pela qual muitas reações são realizadas em meio aquoso.
Ao moer sólidos, a medida deve ser observada. Por exemplo, quando a pirita (sulfito de ferro) é convertida em pó, suas partículas são sinterizadas em um forno, o que afeta negativamente a velocidade do processo de oxidação desse composto, e o rendimento de dióxido de enxofre diminui.
Reagentes
Vamos tentar entender como determinar a taxa de reação dependendo de quais reagentes interagem? Por exemplo, metais ativos localizados na série eletroquímica de Beketov antes do hidrogênio são capazes de interagir com soluções ácidas, e aqueles que estão depois de H2 não possuem tal habilidade. A razão para este fenômeno está na atividade química diferente dos metais.
Pressão
Como a taxa de reação está relacionada a esse valor? A química é uma ciência que está intimamente relacionada com a física, então a dependência é diretamente proporcional, ela é regulada pelas leis dos gases. Existe uma relação direta entre as quantidades. E para entender qual lei determina a velocidade de uma reação química, é necessário conhecer o estado de agregação e a concentração dos reagentes.
Tipos de velocidades na química
É costume destacar valores instantâneos e médios. A taxa média de interação química é definida como a diferença nas concentrações dos reagentes ao longo de um período de tempo.
O valor obtido é negativo quando a concentração diminui, positivo quando a concentração dos produtos de interação aumenta.
O valor verdadeiro (instantâneo) é tal proporção em uma determinada unidade de tempo.
No sistema SI, a taxa de um processo químico é expressa em [mol×m-3×s-1].
Problemas de química
Vejamos alguns exemplos de problemas relacionados à determinação da velocidade.
Exemplo 1. Emcloro e hidrogênio são misturados em um recipiente, então a mistura é aquecida. Após 5 segundos, a concentração de cloreto de hidrogênio adquiriu um valor de 0,05 mol/dm3. Calcule a taxa média de formação de cloreto de hidrogênio (mol/dm3 s).
É necessário determinar a variação da concentração de cloreto de hidrogênio 5 segundos após a interação, subtraindo o valor inicial da concentração final:
C(HCl)=c2 - c1=0,05 - 0=0,05 mol/dm3.
Calcule a taxa média de formação de cloreto de hidrogênio:
V=0,05/5=0,010 mol/dm3 ×s.
Exemplo 2. Em um recipiente com volume de 3 dm3, ocorre o seguinte processo:
C2H2 + 2H2=C2 H6.
A massa inicial do hidrogênio é 1 g. Dois segundos após o início da interação, a massa do hidrogênio adquiriu um valor de 0,4 g. Calcule a taxa média de produção de etano (mol/dm 3×s).
A massa de hidrogênio que reagiu é definida como a diferença entre o valor inicial e o número final. É 1 - 0,4=0,6 (g). Para determinar o número de mols de hidrogênio, é necessário dividi-lo pela massa molar de um determinado gás: n \u003d 0,6/2 \u003d 0,3 mol. De acordo com a equação, 1 mol de etano é formado a partir de 2 mols de hidrogênio, portanto, de 0,3 mol de H2 obtemos 0,15 mol de etano.
Determine a concentração do hidrocarboneto resultante, obtemos 0,05 mol/dm3. Então você pode calcular a taxa média de sua formação:=0,025 mol/dm3 ×s.
Conclusão
Vários fatores influenciam a taxa de interação química: a natureza das substâncias reagentes (energia de ativação), sua concentração, a presença de um catalisador, o grau de moagem, pressão, tipo de radiação.
Na segunda metade do século XIX, o professor N. N. Beketov sugeriu que existe uma conexão entre as massas dos reagentes iniciais e a duração do processo. Esta hipótese foi confirmada na lei da ação das massas, estabelecida em 1867 pelos químicos noruegueses: P. Wage e K. Guldberg.
A química física estuda o mecanismo e a velocidade de vários processos. Os processos mais simples que ocorrem em um estágio são chamados de processos monomoleculares. As interações complexas envolvem várias interações sequenciais elementares, portanto, cada estágio é considerado separadamente.
Para obter o máximo rendimento dos produtos da reação com custos mínimos de energia, é importante levar em consideração os principais fatores que afetam o curso do processo.
Por exemplo, para acelerar o processo de decomposição da água em substâncias simples, é necessário um catalisador, cujo papel é desempenhado pelo óxido de manganês (4).
Todas as nuances associadas à escolha dos reagentes, a seleção da pressão e temperatura ideais, a concentração dos reagentes são consideradas na cinética química.
