12.11: Resumo

12.1 Taxas de reação química

A taxa de uma reação pode ser expressa em termos da diminuição da quantidade de um reagente ou do aumento na quantidade de um produto por unidade de tempo. As relações entre diferentes expressões de taxa para uma determinada reação são derivadas diretamente dos coeficientes estequiométricos da equação que representa a reação.

12.2 Fatores que afetam as taxas de reação

A taxa de uma reação química é afetada por vários parâmetros. As reações envolvendo duas fases ocorrem mais rapidamente quando há maior contato com a área de superfície. Se a temperatura ou a concentração do reagente aumentarem, a taxa de uma determinada reação geralmente também aumenta. Um catalisador pode aumentar a taxa de uma reação fornecendo uma via alternativa com uma energia de ativação menor.

12.3 Leis tarifárias

As leis de taxa (leis de taxa diferencial) fornecem uma descrição matemática de como as mudanças na concentração de uma substância afetam a taxa de uma reação química. As leis de taxas são determinadas experimentalmente e não podem ser previstas pela estequiometria de reação. A ordem da reação descreve o quanto uma mudança na concentração de cada substância afeta a taxa geral, e a ordem geral de uma reação é a soma das ordens de cada substância presente na reação. As ordens de reação são normalmente de primeira ordem, segunda ordem ou ordem zero, mas ordens fracionárias e até negativas são possíveis.

12.4 Leis tarifárias integradas

As leis de taxas integradas são matematicamente derivadas das leis de taxa diferencial e descrevem a dependência temporal das concentrações de reagentes e produtos.

A meia-vida de uma reação é o tempo necessário para diminuir a quantidade de um determinado reagente pela metade. A meia-vida de uma reação varia com a taxa constante e, para algumas ordens de reação, com a concentração do reagente. A meia-vida de uma reação de ordem zero diminui à medida que a concentração inicial do reagente na reação diminui. A meia-vida de uma reação de primeira ordem é independente da concentração, e a meia-vida de uma reação de segunda ordem diminui à medida que a concentração aumenta.

12.5 Teoria da colisão

As reações químicas normalmente requerem colisões entre espécies reagentes. Essas colisões de reagentes devem ter orientação adequada e energia suficiente para resultar na formação do produto. A teoria da colisão fornece uma explicação simples, mas eficaz, para o efeito de muitos parâmetros experimentais nas taxas de reação. A equação de Arrhenius descreve a relação entre a constante de taxa de uma reação, energia de ativação, temperatura e dependência da orientação da colisão.

12.6 Mecanismos de reação

A sequência de etapas individuais, ou reações elementares, pelas quais os reagentes são convertidos em produtos durante o curso de uma reação é chamada de mecanismo de reação. A molecularidade de uma reação elementar é o número de espécies reagentes envolvidas, tipicamente uma (unimolecular), duas (bimolecular) ou, menos comumente, três (termolecular). A taxa geral de uma reação é determinada pela taxa da mais lenta em seu mecanismo, chamada de etapa determinante da taxa. As reações elementares unimoleculares têm leis de taxa de primeira ordem, enquanto as reações elementares bimoleculares têm leis de taxa de segunda ordem. Ao comparar as leis de taxa derivadas de um mecanismo de reação com as determinadas experimentalmente, o mecanismo pode ser considerado incorreto ou plausível.

12.7 Catálise

Os catalisadores afetam a taxa de uma reação química alterando seu mecanismo para fornecer uma menor energia de ativação. Os catalisadores podem ser homogêneos (na mesma fase dos reagentes) ou heterogêneos (uma fase diferente dos reagentes).