Química · 11.ª–12.ª classe
O que é a velocidade de uma reação química?
Resposta curta
A velocidade de uma reação química mede a rapidez com que os reagentes se consomem ou os produtos se formam. Calcula-se pela variação da concentração a dividir pelo tempo: v = Δc ÷ Δt, em mol/(L·s). Quanto maior a variação de concentração num dado intervalo, mais rápida é a reação.
Definição e características
Numa reação química os reagentes vão desaparecendo e os produtos vão aparecendo. A velocidade média num intervalo de tempo é o módulo da variação de concentração de uma espécie a dividir pela duração do intervalo.
Velocidade média de reação
Em relação a um reagente R: v = − Δ[R] ÷ Δt Em relação a um produto P: v = Δ[P] ÷ Δt Unidade habitual: mol L-1 s-1
O sinal negativo no reagente existe porque Δ[R] é negativo (a concentração diminui) e a velocidade é sempre positiva.
Características essenciais
- A velocidade diminui ao longo do tempo, porque os reagentes vão sendo consumidos.
- Pode medir-se por qualquer propriedade que varie com a reação: concentração, volume de gás libertado, massa, cor, pressão.
- Se os coeficientes estequiométricos forem diferentes, as espécies não variam à mesma rapidez. Para a reação a A + b B → c C, a velocidade da reação é v = −(1 ÷ a) Δ[A]÷Δt = (1 ÷ c) Δ[C]÷Δt.
Como a reação acontece: a teoria das colisões
Para reagir, as partículas têm de colidir, com energia suficiente (a energia de ativação) e com orientação adequada. Tudo o que aumenta o número de colisões eficazes por segundo aumenta a velocidade.
Fatores que alteram a velocidade
| Fator | Efeito ao aumentar | Explicação |
|---|---|---|
| Concentração dos reagentes | Aumenta a velocidade | Mais partículas por volume, mais colisões |
| Temperatura | Aumenta a velocidade | Mais partículas com energia igual ou superior à de ativação |
| Superfície de contacto | Aumenta a velocidade | Mais partículas do sólido expostas ao outro reagente |
| Catalisador | Aumenta a velocidade | Oferece um caminho com menor energia de ativação |
| Pressão (reagentes gasosos) | Aumenta a velocidade | Equivale a maior concentração |
Exemplos do quotidiano
Em Luanda, a lenha cortada em lascas finas acende mais depressa do que um toro inteiro: é o efeito da superfície de contacto. A comida estraga-se mais devagar no frigorífico do que ao calor do dia: é o efeito da temperatura. E um comprimido efervescente triturado dissolve-se mais depressa do que inteiro.
Exemplos resolvidos
Exemplo 1 — Velocidade média de consumo de um reagente
Enunciado: Numa reação, a concentração de um reagente A passa de 0,80 mol/L para 0,50 mol/L em 30 s. Calcule a velocidade média de consumo de A.
Resolução:
- Δ[A] = 0,50 − 0,80 = −0,30 mol/L.
- Δt = 30 s.
- v = −(−0,30) ÷ 30 = 0,010 mol L-1 s-1.
Resposta: 0,010 mol L-1 s-1. Verificação: 0,010 × 30 = 0,30 mol/L, a diminuição observada.
Exemplo 2 — Velocidades de espécies diferentes
Enunciado: Na decomposição 2 H2O2 → 2 H2O + O2, a concentração de H2O2 desce de 1,00 para 0,70 mol/L em 60 s. Calcule a velocidade de consumo de H2O2, a velocidade de formação de O2 e a velocidade da reação.
Resolução:
- v(H2O2) = 0,30 ÷ 60 = 0,0050 mol L-1 s-1.
- Por cada 2 mol de H2O2 que desaparecem forma-se 1 mol de O2: v(O2) = 0,0050 ÷ 2 = 0,0025 mol L-1 s-1.
- A velocidade da reação divide pelo coeficiente: v = 0,0050 ÷ 2 = 0,0025 mol L-1 s-1.
Resposta: 0,0050; 0,0025; 0,0025 mol L-1 s-1. Verificação: 2 × 0,0025 = 0,0050.
Exemplo 3 — Velocidade a partir de um gás libertado
Enunciado: Ao colocar magnésio em ácido clorídrico recolheram-se 24 mL de hidrogénio em 2,0 min. Calcule a velocidade média de formação de H2 em mL/s.
Resolução:
- Δt = 2,0 min = 120 s.
- v = 24 ÷ 120 = 0,20 mL/s.
Resposta: 0,20 mL/s. Verificação: 0,20 × 120 = 24 mL.
Exemplo 4 — Nível de exame: relacionar velocidades
Enunciado: Na síntese N2 + 3 H2 → 2 NH3, o NH3 forma-se a 0,060 mol L-1 s-1. Calcule a velocidade de consumo de N2 e de H2.
Resolução:
- Os coeficientes são 1 (N2), 3 (H2) e 2 (NH3).
- v(N2) = 0,060 × 1 ÷ 2 = 0,030 mol L-1 s-1.
- v(H2) = 0,060 × 3 ÷ 2 = 0,090 mol L-1 s-1.
Resposta: 0,030 e 0,090 mol L-1 s-1. Verificação: a proporção 0,090 ÷ 0,030 = 3 coincide com 3 ÷ 1 dos coeficientes.
Erros e confusões frequentes
- Dizer que a velocidade é constante. Em geral diminui com o tempo; o que calculamos é uma velocidade média.
- Esquecer o sinal no reagente e obter velocidade negativa. A velocidade é sempre positiva.
- Ignorar os coeficientes quando se comparam espécies diferentes.
- Confundir velocidade da reação com extensão da reação. Uma reação pode ser muito rápida e converter pouco, ou lenta e converter tudo.
- Pensar que o catalisador se gasta ou altera a quantidade final de produto: acelera, mas não é consumido.
Exercícios propostos
1Exercício 1
A concentração de um produto passa de 0 para 0,60 mol/L em 2,0 min. Calcule a velocidade média de formação em mol L-1 s-1.
Ver solução
Δt = 120 s. v = 0,60 ÷ 120 = 0,0050 mol L-1 s-1.
2Exercício 2
Num reator de 5,0 L consomem-se 2,0 mol de um reagente em 4,0 min. Calcule a velocidade média de consumo em mol L-1 min-1.
Ver dica
Primeiro converta a quantidade de substância em concentração.
Ver solução
Δc = 2,0 ÷ 5,0 = 0,40 mol/L. v = 0,40 ÷ 4,0 = 0,10 mol L-1 min-1.
3Exercício 3
Na reação 2 N2O5 → 4 NO2 + O2, o N2O5 é consumido a 0,020 mol L-1 s-1. Calcule a velocidade de formação de NO2 e de O2.
Ver solução
v(NO2) = 0,020 × 4 ÷ 2 = 0,040 mol L-1 s-1. v(O2) = 0,020 × 1 ÷ 2 = 0,010 mol L-1 s-1.
4Exercício 4
A concentração de A é 1,00 mol/L em t = 0, 0,60 mol/L em t = 10 s e 0,40 mol/L em t = 20 s. Calcule a velocidade média em cada intervalo e explique a diferença.
Ver solução
0 a 10 s: 0,40 ÷ 10 = 0,040 mol L-1 s-1. 10 a 20 s: 0,20 ÷ 10 = 0,020 mol L-1 s-1. A velocidade diminui porque a concentração do reagente é menor no segundo intervalo, logo há menos colisões por segundo.
5Exercício 5
Um estudante dissolve um comprimido efervescente inteiro em água fria e outro, triturado, em água morna. Qual dissolve mais depressa e porquê?
Ver solução
O triturado em água morna. A trituração aumenta a superfície de contacto e a temperatura maior aumenta a fração de partículas com energia suficiente para reagir; ambos aumentam a velocidade.
Perguntas frequentes
Qual é a diferença entre velocidade de reação e equilíbrio químico?
A velocidade diz quão depressa a reação avança; o equilíbrio diz até onde ela chega. Uma reação pode ser rápida e estabelecer o equilíbrio em segundos, ou lenta e demorar dias.
Onde se aplica a velocidade de uma reação na prática?
Na conservação de alimentos (frio para atrasar a deterioração), na indústria (catalisadores e temperatura escolhidos para produzir mais depressa) e nos medicamentos (libertação do princípio ativo ao longo do tempo).
Que erros os estudantes cometem sobre este tema?
Trocar o sinal, ignorar os coeficientes estequiométricos e supor que a velocidade se mantém constante. Veja a secção de erros frequentes.
Resumo
- Velocidade média: v = |Δc| ÷ Δt, em mol L-1 s-1.
- Em geral diminui ao longo do tempo, porque os reagentes se consomem.
- Para comparar espécies, divida pelo coeficiente estequiométrico.
- Concentração, temperatura, superfície de contacto, catalisador e pressão (em gases) alteram a velocidade.
- A explicação é dada pela teoria das colisões e pela energia de ativação.
Onde aprofundar
- O manual de Química da sua classe e o programa oficial (INIDE / Ministério da Educação de Angola) — confirme a edição em vigor.
- OpenStax Chemistry (em inglês), capítulo sobre cinética química.
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