A influência térmica na cinética química

por Omni Ter 08 Nov 2016, 19:37

Introdução

Qualitativamente sabe-se que um aumento na temperatura acelera a ocorrência de uma reação química. Entretanto, os químicos viram a necessidade de quantificar essa influência. Nesse contexto, demonstro aqui a análise quantitativa da variação da velocidade de uma reação, em decorrência de um aumento de temperatura.

Para efeitos de cálculo, considere uma mesma reação química ocorrendo nas temperaturas de T1 e T2, sendo T2 > T1, cujos coeficientes de velocidade são, respectivamente, k1 e k2.

Lei de Arrhenius

Svante Arrhenius (1859-1927), químico suíço, relacionou os conceitos de cinética química com a distribuição de Maxwell-Boltzmann, chegando na seguinte relação:

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k -> Constante da velocidade da reação.

A -> Fator pré-exponencial, que depende da frequência de colisões das moléculas (fator Z) e da orientação das moléculas nas colisões (ρ).

Ea -> Energia de ativação da reação.

R -> Constante universal dos gases perfeitos (8,314 J/mol.K).

T -> Temperatura de ocorrência da reação.

Aplicando-se logaritmo natural em ambos os lados da igualdade:

A influência térmica na cinética química Ipmbsy

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Perceba que a relação encontrada representa uma equação do 1º grau.

Do coeficiente angular, sabe-se que:

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A relação encontrada permite o cálculo da variação da velocidade de uma reação química em diferentes temperaturas, à medida que a velocidade da reação é diretamente proporcional à constante k.

Exemplo

Considere a isomerização do ciclopropano em propeno, cuja energia de ativação vale 272 kJ/mol, nas temperaturas de 750 K e 850 K.

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Conclui-se, portanto, que a velocidade em 850 K é 169 vezes maior do que a velocidade em 750 K. Essa relação encontrada é válida, já que pelos dados experimentais k750 = 0,00018 e k850 = 0,03.

Regra de Van't Hoff

Uma observação interessante acerca desse assunto é a generalização da regra de Van't Hoff. Segundo ela, um aumento de 10 ºC acarretaria na duplicação da velocidade da reação. Tal fato é verdade, apenas em condições específicas. Por exemplo, em um aumento de temperatura de 300 K para 310 K com energia de ativação equivalente a 52,4 kJ/mol a velocidade duplicaria. Uma mínima mudança na energia de ativação ou no intervalo de temperaturas provocaria uma alteração na razão entre as constantes para diferente de 2.

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