Química · 11.ª–12.ª classe

O que é a velocidade de uma reação química?

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  • 4 exemplos resolvidos
  • 5 exercícios com solução
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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

FatorEfeito ao aumentarExplicação
Concentração dos reagentesAumenta a velocidadeMais partículas por volume, mais colisões
TemperaturaAumenta a velocidadeMais partículas com energia igual ou superior à de ativação
Superfície de contactoAumenta a velocidadeMais partículas do sólido expostas ao outro reagente
CatalisadorAumenta a velocidadeOferece um caminho com menor energia de ativação
Pressão (reagentes gasosos)Aumenta a velocidadeEquivale 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:

  1. Δ[A] = 0,50 − 0,80 = −0,30 mol/L.
  2. Δt = 30 s.
  3. 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:

  1. v(H2O2) = 0,30 ÷ 60 = 0,0050 mol L-1 s-1.
  2. 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.
  3. 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:

  1. Δt = 2,0 min = 120 s.
  2. 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:

  1. Os coeficientes são 1 (N2), 3 (H2) e 2 (NH3).
  2. v(N2) = 0,060 × 1 ÷ 2 = 0,030 mol L-1 s-1.
  3. 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

Tente resolver primeiro no caderno; depois confira.

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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