Cálculo da velocidade em uma reação

A Cinética Química tem como principal objetivo o estudo da velocidade em que uma determinada reação química processa-se. A partir desse estudo, temos condição de especificar se uma reação ocorreu de forma rápida ou lenta.

Ao falarmos de velocidade (v), devemos relembrar que a Física trabalha essa grandeza por meio da relação entre a variação do espaço (ΔS) e a variação do tempo (Δt):

v = ΔS
     Δt

Na Química, não avaliamos o espaço que uma reação percorre, já que ela não se desloca de um lugar para outro. Na verdade, damos ênfase na variação das quantidades de reagentes e produtos durante uma reação expressa em termos de molaridade (concentração em mol/L). A variação da concentração é dada pela simbologia Δ[ ].

Durante uma reação química, os reagentes são consumidos para que os produtos sejam formados. Por essa razão, podemos calcular a velocidade em que um reagente é consumido ou a velocidade em que um produto é formado, por exemplo. Em ambos os casos, sempre vamos realizar o cálculo a partir da relação entre a variação da concentração e a variação do tempo:

v = |Δ[ ]|
     Δt

Observação: O módulo |Δ[ ]| é necessário porque a velocidade não pode ser negativa. Além disso, existe a possibilidade de, ao calcular a variação da concentração (Δ[ ]), o resultado ser negativo (principalmente nos reagentes, pois a concentração final é menor que a inicial).

Para determinar a velocidade média em que uma reação (v_r) é processada, devemos obrigatoriamente conhecer a velocidade (v_x) de qualquer um dos participantes da reação e dividi-la pelo seu coeficiente estequiométrico da reação:

v_r = v_x
      n

Para exemplificar os cálculos da velocidade em uma reação química, vamos utilizar como base a equação que representa a reação de formação da amônia.

1 N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃

Nessa reação, o N₂ e o H₂ são reagentes, enquanto o NH₃ é o produto. À medida que o tempo passa, a quantidade de reagentes diminui e a quantidade de produtos aumenta, de acordo com a tabela a seguir:

Utilizando os dados acima, é possível determinar a velocidade de cada um deles em qualquer intervalo de tempo. Para exemplificar, determinaremos a velocidade de cada um no intervalo de 0 a 2 minutos de reação:

Para o N₂

→ A concentração varia de:

Δ[ ] = |0,1 – 0,2|

Δ[ ] = 0,1 mol/L

→ O tempo varia de:

Δt = 2 – 0

Δt = 2 min

→ A velocidade de consumo de N₂ será, então:

v = |Δ[ ]|
       Δt

v = 0,1
       2

v = 0,05 mol.L^-1.min^-1

Para o H₂

→ A concentração varia de:

Δ[ ] = |0,3 – 0,6|

Δ[ ] = 0,3 mol/L

→ O tempo varia de:

Δt = 2 – 0

Δt = 2 min

→ A velocidade de consumo de N₂ será, então:

v = |Δ[ ]|
       Δt

v = 0,3
       2

v = 0,15 mol.L^-1.min^-1

Para o NH₃

→ A concentração varia de:

Δ[ ] = |0,2 – 0|

Δ[ ] = 0,2 mol/L

→ O tempo varia de:

Δt = 2 – 0

Δt = 2 min

→ A velocidade de formação de NH₃ será, então:

v = |Δ[ ]|
       Δt

v = 0,2
       2

v = 0,1 mol.L^-1.min^-1

A velocidade média da reação de formação do NH₃ pode ser determinada por meio de qualquer uma das velocidades conhecidas de qualquer um dos participantes da reação. Nós dividiremos a velocidade deles pelo coeficiente da reação. A tabela a seguir traz o cálculo feito com as velocidades e os coeficientes dos três participantes:

Analisando a tabela, podemos concluir que o resultado do cálculo da velocidade média de uma reação será o mesmo independentemente do participante utilizado no cálculo.

Por Me. Diogo Lopes Dias