Cinética e Equilíbrio Químico

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Cinética química

Ramo da química que estuda a velocidade das reações químicas e os fatores que a influenciam.

Teoria das colisões

Postula que para ocorrer uma reação, as partículas dos reagentes devem colidir com energia suficiente e orientação espacial favorável.

Colisão efetiva

Choque entre partículas reagentes com energia superior à energia de ativação e geometria adequada que resulta na formação de produtos.

Energia de ativação (Ea)

Energia mínima necessária que os reagentes precisam absorver para iniciar a reação e formar o complexo ativado.

Complexo ativado

Estado transitório e instável de maior energia durante uma reação química, no qual ligações antigas se rompem e novas se formam.

Superfície de contato

Área externa de um sólido exposta à interação; quanto maior a fragmentação, maior a área de contato e mais rápida a reação.

Efeito da trituração na velocidade da reação

Aumenta a área de contato entre os reagentes, multiplicando o número de colisões efetivas por unidade de tempo.

Temperatura (na cinética)

Medida da energia cinética média das partículas; seu aumento eleva a frequência e a intensidade das colisões moleculares.

Efeito do aumento de temperatura na velocidade

Aumenta a velocidade de reações tanto endotérmicas quanto exotérmicas, pois mais moléculas superam a energia de ativação.

Pressão (na cinética)

Grandeza que atua em sistemas gasosos; seu aumento reduz o volume e aproxima as partículas, aumentando a frequência de colisões.

Efeito da concentração de reagentes

O aumento do número de partículas por unidade de volume intensifica a frequência de colisões, acelerando a reação.

Catalisador

Substância que acelera uma reação química ao fornecer um caminho alternativo com menor energia de ativação, sem ser consumida.

Efeito do catalisador na variação de entalpia (ΔH)

Não altera o ΔH da reação nem a energia dos reagentes e produtos, apenas reduz a energia de ativação.

Catálise homogênea

Processo catalítico em que o catalisador e os reagentes encontram-se na mesma fase física.

Catálise heterogênea

Processo catalítico em que o catalisador e os reagentes estão em fases físicas distintas, ocorrendo geralmente por adsorção.

Inibidor químico (veneno de catalisador)

Substância que diminui ou anula a velocidade de uma reação ou a eficiência de um catalisador.

Enzima

Catalisador biológico de natureza proteica com alta especificidade que acelera reações metabólicas vitais.

Sítio ativo

Região específica da enzima onde o substrato se liga para sofrer a transformação química.

Substrato

Molécula reagente específica sobre a qual uma determinada enzima atua.

Modelo chave-fechadura

Conceito clássico que descreve o encaixe complementar perfeito e rígido entre o substrato e o sítio ativo da enzima.

Modelo do ajuste induzido

Conceito em que a ligação do substrato induz uma alteração conformacional favorável na estrutura do sítio ativo da enzima.

Desnaturação enzimática

Perda irreversível da estrutura tridimensional funcional da enzima causada por temperaturas extremas ou desvios drásticos de pH.

Temperatura ótima enzimática

Faixa térmica na qual a enzima atinge sua atividade catalítica máxima antes de sofrer desnaturação térmica.

pH ótimo enzimático

Valor de pH no qual a conformação espacial da enzima permite a maior eficiência catalítica possível.

Reação reversível

Reação química em que reagentes formam produtos e produtos reagem simultaneamente regenerando os reagentes.

Equilíbrio químico

Estado dinâmico em que as velocidades das reações direta e inversa se igualam e as concentrações permanecem constantes.

Caráter dinâmico do equilíbrio químico

Indica que as transformações diretas e inversas continuam ocorrendo ininterruptamente na mesma taxa molecular.

Constante de equilíbrio em termos de concentração (Kc)

Razão matemática entre o produto das concentrações dos produtos e o dos reagentes, elevados aos seus coeficientes estequiométricos.

Constante de equilíbrio em termos de pressão parcial (Kp)

Razão calculada pelas pressões parciais dos gases produtos sobre as dos reagentes gasosos, com expoentes estequiométricos.

Sólidos e líquidos puros na expressão de Kc

Não participam da expressão do equilíbrio químico porque suas concentrações ou atividades permanecem constantes.

Significado de Kc muito elevado (Kc >> 1)

Indica que a reação atinge o equilíbrio com grande predomínio de produtos sobre os reagentes.

Significado de Kc muito baixo (Kc << 1)

Indica que a reação atinge o equilíbrio com conversão mínima, predominando a quantidade de reagentes.

Princípio de Le Chatelier

Se um sistema em equilíbrio sofre uma perturbação externa, ele se desloca no sentido que minimiza essa perturbação.

Efeito da adição de reagente no equilíbrio

Desloca o equilíbrio para a direita (sentido direto), consumindo o excesso de reagente e formando produtos.

Efeito da remoção de produto no equilíbrio

Desloca o equilíbrio para a direita (sentido direto), recompondo o produto removido.

Efeito do aumento de pressão no equilíbrio químico

Desloca o equilíbrio no sentido do menor volume molar de gases (lado com menor soma de coeficientes estequiométricos gasosos).

Efeito da diminuição de pressão no equilíbrio químico

Desloca o equilíbrio no sentido do maior volume molar de gases (lado com maior soma de coeficientes estequiométricos gasosos).

Variação de pressão quando os volumes gasosos são iguais

Não altera o estado de equilíbrio nem desloca a reação quando o número de mols de gás é idêntico em ambos os lados.

Efeito do aumento de temperatura no equilíbrio

Favorece e desloca o equilíbrio no sentido da reação endotérmica, que absorve o calor excedente.

Efeito da diminuição de temperatura no equilíbrio

Favorece e desloca o equilíbrio no sentido da reação exotérmica, liberando energia térmica para o sistema.

Único fator que altera o valor numérico de Kc e Kp

A temperatura é o único fator físico capaz de mudar o valor numérico da constante de equilíbrio.

Efeito do catalisador no equilíbrio químico

Não desloca a posição do equilíbrio nem altera a constante; apenas diminui o tempo necessário para o equilíbrio ser atingido.

Efeito da superfície de contato no equilíbrio químico

Não altera a posição do equilíbrio químico nem o valor de Kc; apenas modifica a velocidade para atingi-lo em fases heterogêneas.

Quociente de reação (Q)

Relação matemática entre concentrações instantâneas de produtos e reagentes calculada fora da condição de equilíbrio.

Comparação entre Q e Kc (quando Q < Kc)

A reação se desloca para a direita (sentido direto) até que o quociente atinja o valor da constante de equilíbrio.

Comparação entre Q e Kc (quando Q > Kc)

A reação se desloca para a esquerda (sentido inverso) consumindo produtos até que o equilíbrio seja restabelecido.

Grau de equilíbrio (α)

Fração ou porcentagem do número de mols de um reagente que efetivamente reagiu até o sistema atingir o equilíbrio.

Adição de gás inerte a volume constante

Aumenta a pressão total do sistema sem alterar as pressões parciais dos gases reagentes, não deslocando o equilíbrio.

Adição de gás inerte a pressão constante

Provoca aumento do volume do recipiente, diminuindo as pressões parciais e deslocando o equilíbrio para o maior número de mols gasosos.

Processo de Haber-Bosch e Le Chatelier

Síntese da amônia otimizada industrialmente sob altas pressões e temperatura moderada com catalisador de ferro para maximizar o rendimento.