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Cinética Química: energia de ativação

A ocorrência de uma reação química está obrigatoriamente relacionada com o contato entre as moléculas reagentes e a uma energia mínima necessária. Esta energia mínima para a ocorrência da reação é chamada de energia de ativação. A formação dos produtos a partir dos reagentes é um processo gradual em que as ligações dos reagentes são quebradas em paralelo com a formação das ligações dos produtos. Este estado intermediário em que algumas ligações estão semi-quebradas e outras semi-formadas é conhecido como complexo ativado. Outra exigência para a formação do complexo ativado é que as moléculas reagentes colidam com orientação favorável à formação do mesmo. Colisões com energia e orientação adequadas à formação do complexo ativado são chamadas de colisões efetivas. Estes são os princípios básicos da Teoria da Colisão.

Dada a seguinte reação ...

H₂ + I₂ ® 2 HI

verifique na tabela abaixo, na primeira linha uma orientação que leva a uma colisão não efetiva e na segunda linha uma que leva a uma colisão efetiva.

reagentes	complexo ativado	produtos
H - H ® ¬ I - I	não se forma	não se formam
H I \| ® ¬ \| H I	H)))))I \| \| H)))))I	2 H I

Nem todas as colisões são efetivas, no entanto, todas em que o complexo ativado é alcançado levam à formação dos produtos.

Complexo ativado é uma estrutura intermediária entre os reagentes e os produtos, com ligações intermediárias entre as dos reagentes e as dos produtos.

A energia de ativação da reação corresponde à energia necessária para que a reação se efetive menos a energia dos reagentes. Quanto mais baixa for a energia de ativação de uma reação, mais elevada será a velocidade da mesma.

Uma reação é chamada de exotérmica quando fornece para o meio uma energia mais alta que a necessária para se atingir o complexo ativado.

Quando uma reação é endotérmica, ela fornece para o meio uma energia mais baixa que a necessária para se atingir o complexo ativado.

Catalisadores são substâncias que diminuem a energia de ativação para uma dada reação, sem alterar o DH da da mesma. Os catalisadores não se alteram durante as reações. Naautocatálise, um dos produtos da reação atua como catalisador, no início a reação é lenta mas com a formação deste a velocidade vai aumentando gradativamente.

Na catálise homogênea, catalisador e reagentes se encontram na mesma fase. Na catálise heterogênea, catalisador e reagentes se encontram em fases diferentes. As enzimas são catalisadores que atuam em reações biológicas e geralmente são bastante específicas e apresentam temperatura ótima de atuação por volta de 37ºC.

Exemplo 1

(Unicamp) Observe os diagramas 1 e 2 representativos de uma mesma reação química.

Para cada curva do diagrama 1 há uma curva correspondente no diagrama 2. Quais curvas representam a reação na presença de um catalisador? Explique.

A presença do catalisador faz com que a energia de ativação diminua e a velocidade de reação aumente.

No diagrama 1, a curva que apresenta maior variação da concentração dos produtos por unidade de tempo é a B. Esta curva é em presença de catalisador

No diagrama 2, a curva que apresenta menor energia de ativação é a C. Esta curva é em presença de catalisador.

Exemplo 2

(U.F. Uberlândia) Em relação ao gráfico de energia em função do caminho de uma reação química hipotética, determine o que significa cada um dos aspectos numerados no gráfico da energia em função do caminho da reação. Calcule a variação de entalpia da reação.