Cinética Química

A cinética química nos diz a velocidade com que as espécies químicas se transformam em novas substâncias, quebrando e reformando suas ligações moleculares.

Em outras palavras, ele estuda as taxas e processos de reações químicas.

Deve-se notar que a cinética química difere da termodinâmica da química.

A cinética determina como e com que rapidez você chega lá, enquanto a termodinâmica determina a direção em que você está indo e onde você eventualmente vai chegar.

Pense desta forma: se os produtos químicos estiverem em equilíbrio termodinâmico, não haverá reação – mesmo que a cinética indique que existem vias de reação.

O que é cinética química?

A cinética química é o estudo das reações químicas e como elas mudam com base em condições variáveis.

A determinação primária dos efeitos de uma reação química está principalmente fora da composição real da substância.

A cinética química estuda essas condições para determinar como e por que uma reação ocorre dessa forma.

O principal uso aplicado para a ciência é a criação de reações eficientes, não destrutivas e não envenenantes para uso na fabricação, processamento de materiais e nas indústrias farmacêuticas. Mesmo assim, a maior parte desse campo é pura ciência e pesquisa.

Os métodos básicos e as respostas durante uma reação química são determinados pelo próprio produto químico. Não importa as condições presentes, alguns materiais não reagem com outros produtos químicos ou com fatores ambientais. Isso forma a linha de base usada pela cinética química. Uma vez que uma reação é compreendida em um ambiente controlado, as mudanças na reação podem ser atribuídas diretamente às mudanças nas condições do experimento.

Além do que a substância inicial realmente é, o estado e a concentração da substância desempenharão um fator importante na cinética química.

Esses dois fatores estão diretamente relacionados à condição do material inicial, ao invés do ambiente. O estado do material refere-se ao fato de ser sólido, líquido ou gasoso. A concentração é a quantidade de reagente quando comparada a outra substância ou volume. Isso pode ser expresso como uma “parte por 1.000 do produto químico X” ou como uma porcentagem do espaço usado na área experimental.

A concentração do material é de grande importância para a cinética química por duas razões. Primeiro, quanto maior a quantidade de reagentes, mais rápida ocorrerá a reação.

Este foi um dos primeiros grandes avanços neste campo e é frequentemente considerado o ponto de nascimento da disciplina.

O segundo efeito principal diz respeito à interação química.

Se a concentração de dois reagentes for muito baixa dentro de uma terceira substância não reativa, levará uma quantidade considerável de tempo para que os dois reagentes realmente se encontrem.

Além das propriedades físicas do material, o meio ambiente também é uma grande parte da cinética química.

Os fatores ambientais geralmente se resumem à temperatura e pressão. Conforme a temperatura aumenta, os reagentes absorvem energia térmica e se movem mais rápido. Isso permite que eles interajam com mais frequência, o que acelera a reação.

Da mesma forma, uma pressão mais alta faz com que mais ação aconteça em um espaço menor, aumentando a probabilidade de que os reagentes se encontrem.

A última parte importante da cinética química é o uso de catalisadores. Esses produtos químicos de “terceiros” mudam a maneira como a reação ocorre, sem alterar o resultado final da reação.

Um catalisador irá interagir com um ou mais reagentes e mudar a maneira como eles se comportam. Isso normalmente significa que eles aumentam em energia, se movem mais rápido, interagem mais e aumentam a velocidade geral da reação.

Para ser um catalisador e não um reagente, o material catalisador deve permanecer inalterado durante a reação.

Cinética química – Velocidade

A cinética química é o estudo da velocidade com que ocorrem os processos químicos e físicos.

Em uma reação química, é a quantidade de produto que se forma em um determinado intervalo de tempo ou pode ser definida como a quantidade de reagente que desaparece em um determinado intervalo de tempo.

Os cientistas que estudam as taxas nas quais os processos ocorrem são chamados de cinetistas.

O que é teoria cinética?

A teoria cinética é uma teoria científica sobre a natureza dos gases. A teoria tem muitos nomes, incluindo teoria cinética dos gases, teoria cinético-molecular, teoria da colisão e teoria cinético-molecular dos gases.

Ele explica as propriedades observáveis e mensuráveis, também chamadas macroscópicas, dos gases em termos de sua composição e atividade molecular.

Enquanto Isaac Newton teorizou que a pressão de um gás é devido à repulsão estática entre as moléculas, a teoria cinética afirma que a pressão é o resultado de colisões entre as moléculas.

A teoria cinética faz várias suposições sobre os gases. Primeiro, um gás é feito de partículas muito pequenas, cada uma com massa diferente de zero, movendo-se constantemente de maneira aleatória.

O número de moléculas em uma amostra de gás deve ser grande o suficiente para comparação estatística.

A teoria cinética assume que as moléculas de gás são perfeitamente esféricas e elásticas, e que suas colisões com as paredes de seu recipiente também são elásticas, o que significa que elas não resultam em nenhuma mudança na velocidade.

O volume total das moléculas de gás é insignificante em comparação com o volume total de seu recipiente, o que significa que há um amplo espaço entre as moléculas. Além disso, o tempo durante a colisão de uma molécula de gás com a parede do recipiente é insignificante em relação ao tempo entre as colisões com outras moléculas.

A teoria ainda se baseia na suposição de que quaisquer efeitos relativísticos ou da mecânica quântica são desprezíveis e que quaisquer efeitos das partículas de gás entre si são desprezíveis, com exceção da força exercida pelas colisões. A temperatura é o único fator que afeta a energia cinética média, ou energia devido ao movimento, das partículas de gás.

Essas suposições devem ser mantidas para que as equações da teoria cinética funcionem. Um gás que atende a todas essas premissas é uma entidade teórica simplificada conhecida como gás ideal.

Gases reais geralmente se comportam de forma semelhante aos gases ideais para que as equações cinéticas sejam úteis, mas o modelo não é perfeitamente preciso.

A teoria cinética define pressão como a força exercida pelas moléculas de gás quando elas colidem com a parede do recipiente. A pressão é calculada como a força por área ou P = F/A.

Força é o produto do número de moléculas de gás, N, a massa de cada molécula, m, e o quadrado de sua velocidade média, v2rms, todos divididos por três vezes o comprimento do recipiente, 3l.

Portanto, temos a seguinte equação para força: F = Nmv2rms/3l. A abreviatura, rms, significa root-mean-square, uma média da velocidade de todas as partículas.

A equação para pressão é P = Nmv2rms/3Al. Como a área multiplicada pelo comprimento é igual ao volume, V, essa equação pode ser simplificada como P = Nmv2rms/3V.

O produto de pressão e volume, PV, é igual a dois terços da energia cinética total, ou K, permitindo a derivação de propriedades macroscópicas a partir de microscópicas.

Uma parte importante da teoria cinética é que a energia cinética varia em proporção direta à temperatura absoluta de um gás. A energia cinética é igual ao produto da temperatura absoluta, T, e a constante de Boltzman, kB, multiplicado por 3/2; K = 3TkB/2.

Portanto, sempre que a temperatura é aumentada, a energia cinética é aumentada e nenhum outro fator tem efeito sobre a energia cinética.

História da Cinética Química

O campo da cinética química se desenvolveu a partir da lei de ação das massas, formulada em 1864 por Peter Waage e Cato Guldberg.

A lei da ação de massa estabelece que a velocidade de uma reação química é proporcional à quantidade de reagentes.

Jacobus van’t Hoff estudou dinâmica química. Sua publicação de 1884 “Etudes de dynamique chimique” levou ao Prêmio Nobel de Química em 1901 (que foi o primeiro ano em que o Prêmio Nobel foi concedido).

Algumas reações químicas podem envolver uma cinética complicada, mas os princípios básicos da cinética são aprendidos nas aulas de química geral do ensino médio e da faculdade.

Principais vantagens: cinética química

Cinética química ou cinética de reação é o estudo científico das taxas de reações químicas.

Isso inclui o desenvolvimento de um modelo matemático para descrever a taxa de reação e uma análise dos fatores que afetam os mecanismos de reação.

Peter Waage e Cato Guldberg são considerados pioneiros no campo da cinética química ao descrever a lei da ação de massa. A lei da ação de massa estabelece que a velocidade de uma reação é proporcional à quantidade de reagentes.

Os fatores que afetam a taxa de uma reação incluem concentração de reagentes e outras espécies, área de superfície, natureza dos reagentes, temperatura, catalisadores, pressão, se há luz e o estado físico dos reagentes.

Cinética química

Cinética química

Fonte: chem.libretexts.org/www.ansys.com/pubs.acs.org/pubs.rsc.org/chemistry.bd.psu.edu/www.wisegeek.org/www.intechopen.com/chemed.chem.purdue.edu/www.khanacademy.org