Cinética Química e Pilhas

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Cinética química

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

Velocidade média de reação

Razão entre a variação da quantidade de reagente consumido ou produto formado e o intervalo de tempo decorrido.

Teoria das colisões

Estabelece que uma reação ocorre quando as moléculas reagentes colidem com orientação adequada e energia suficiente.

Energia de ativação

Energia mínima necessária que os reagentes devem possuir para iniciar uma reação química e formar o complexo ativado.

Complexo ativado

Estado intermediário e instável, de mais alta energia potencial, formado durante o rompimento e criação de ligações.

Reação endotérmica no gráfico cinético

Apresenta a entalpia dos produtos maior que a dos reagentes, com variação de entalpia (ΔH) positiva.

Reação exotérmica no gráfico cinético

Apresenta a entalpia dos reagentes maior que a dos produtos, liberando calor e com ΔH negativo.

Efeito da temperatura na velocidade

O aumento da temperatura eleva a energia cinética média das partículas, aumentando a frequência e eficácia dos choques.

Efeito da concentração dos reagentes

Maior concentração resulta em mais partículas por unidade de volume, elevando a frequência de colisões efetivas.

Efeito da superfície de contato

Quanto mais fragmentado ou triturado o sólido, maior a área exposta, aumentando a taxa de colisões e a velocidade.

Efeito da pressão em sistemas gasosos

Aumentar a pressão reduz o volume do sistema, aproximando as moléculas gasosas e acelerando a reação.

Catalisador

Substância que aumenta a velocidade da reação criando um caminho alternativo com menor energia de ativação, sem ser consumida.

Catalisador altera a entalpia (ΔH)?

Não, o catalisador diminui apenas a energia de ativação, mantendo a entalpia inicial e final inalteradas.

Catalisador altera o rendimento de equilíbrio?

Não, ele apenas acelera o tempo para atingir o equilíbrio químico, sem deslocar a posição das espécies.

Catálise homogênea

Processo catalítico em que reagentes e catalisador se encontram na mesma fase física, como todos em solução aquosa.

Catálise heterogênea

Processo catalítico em que o catalisador e os reagentes estão em fases físicas distintas, comumente sólido e gases.

Inibidor ou veneno de catálise

Substância que reduz ou anula a atividade catalítica, desacelerando ou impedindo a reação.

Lei da velocidade (Lei de Guldberg-Waage)

Equação que relaciona a velocidade da reação com a concentração dos reagentes elevadas a expoentes determinados experimentalmente.

Ordem de reação

Soma dos expoentes das concentrações dos reagentes presentes na expressão da lei de velocidade.

Etapa determinante da velocidade

A etapa mais lenta em um mecanismo de reação em múltiplas etapas, que define a lei de velocidade global.

Reação elementar

Reação química que ocorre em uma única colisão molecular, sem intermediários detectáveis.

Eletroquímica

Estudo da conversão mútua entre energia química e energia elétrica por meio de reações de oxirredução.

Oxidação

Processo químico em que uma espécie perde elétrons, resultando no aumento de seu número de oxidação (NOX).

Redução

Processo químico em que uma espécie ganha elétrons, resultando na diminuição de seu número de oxidação (NOX).

Agente redutor

Espécie química que doa elétrons e sofre oxidação, provocando a redução de outra espécie.

Agente oxidante

Espécie química que recebe elétrons e sofre redução, provocando a oxidação de outra espécie.

Pilha galvânica (ou célula voltaica)

Dispositivo eletroquímico que converte energia química de uma reação espontânea de oxirredução em energia elétrica.

Ânodo

Eletrodo onde ocorre a oxidação; na pilha, corresponde ao polo negativo de onde partem os elétrons.

Cátodo

Eletrodo onde ocorre a redução; na pilha, corresponde ao polo positivo que atrai os elétrons.

Sentido do fluxo de elétrons na pilha

Os elétrons fluem espontaneamente pelo circuito externo do ânodo (oxidação) para o cátodo (redução).

Ponte salina

Tubo com solução iônica inerte que mantém a neutralidade elétrica das semicélulas, permitindo a migração de íons.

Migração de cátions e ânions na ponte salina

Ânions migram para o compartimento anódico e cátions migram para o compartimento catódico para equilibrar as cargas.

Massa do eletrodo anódico com o tempo

Tende a diminuir (desgaste ou corrosão), pois os átomos neutros do metal oxidam e passam para a solução como íons.

Massa do eletrodo catódico com o tempo

Tende a aumentar (deposição), pois os cátions da solução reduzem e se fixam na superfície do metal.

Pilha de Daniell

Pilha clássica formada por um eletrodo de zinco imerso em sulfato de zinco e um de cobre em sulfato de cobre.

Ânodo na Pilha de Daniell

Eletrodo de zinco metálico, que sofre oxidação transformando-se em cátions Zn2+.

Cátodo na Pilha de Daniell

Eletrodo de cobre metálico, onde os íons Cu2+ em solução sofrem redução formando cobre sólido.

Potencial padrão de redução (E°red)

Medida da tendência de uma espécie receber elétrons a 25 °C, 1 atm e 1 mol/L, comparada ao eletrodo padrão de hidrogênio.

Eletrodo padrão de hidrogênio

Referência arbitrária da eletroquímica, com potencial de oxidação e redução convencionado como exatamente 0,00 V.

Identificação do cátodo pelo E°red

A espécie com maior potencial padrão de redução tem maior tendência a reduzir e atua como cátodo.

Identificação do ânodo pelo E°red

A espécie com menor potencial padrão de redução tem maior tendência a oxidar e atua como ânodo.

Cálculo da força eletromotriz padrão (ΔE°)

Calculada pela fórmula ΔE° = E°red(cátodo) - E°red(ânodo).

Condição de espontaneidade em termos de ΔE°

Uma reação de oxirredução é espontânea se a força eletromotriz padrão for positiva (ΔE° > 0).

Notação IUPAC para pilhas

Ânodo | Solução anódica || Solução catódica | Cátodo, onde a barra dupla representa a ponte salina.

Equação de Nernst

Equação que relaciona o potencial de eletrodo sob condições fora do padrão com as concentrações das espécies ativas.

Pilhas de concentração

Células galvânicas compostas pelos mesmos eletrodos e soluções, operando pela diferença de concentração iônica.

Bateria de chumbo-ácido

Acumulador secundário recarregável constituído por placas de Pb e PbO2 imersas em ácido sulfúrico concentrado.

Pilha alcalina

Pilha primária com ânodo de zinco poroso e cátodo de dióxido de manganês em meio básico de hidróxido de potássio.

Célula a combustível

Dispositivo eletroquímico que converte energia da reação de um combustível contínuo (como H2) com oxigênio em eletricidade.

Metal de sacrifício

Metal com menor potencial de redução que o ferro, ligado a ele para sofrer oxidação preferencial e evitar corrosão.

Corrosão galvânica

Deterioração de um metal provocada pelo contato elétrico com outro metal de maior potencial de redução em eletrólito.

Relação entre energia livre de Gibbs e fem (ΔG°)

Dada por ΔG° = -n * F * ΔE°, indicando que um potencial positivo resulta em variação de energia livre negativa.