Dependência da temperatura

A medida da rapidez com que uma reação ocorre é chamada de taxa de reação. A taxa de uma reação química é definida pela lei da taxa, que descreve a relação entre a velocidade da reação e as concentrações do reagente. Nesta equação, k é a constante de taxa, A e B são os dois reagentes e m e n são suas respectivas ordens de reação.

A constante de taxa converte a relação para as unidades adequadas de taxa, moles por litro por segundo. Assim, a constante de taxa tem unidades diferentes, dependendo da ordem geral da reação. No entanto, a constante de taxa tem mais significado do que simplesmente a conversão de unidades. A constante de taxa está relacionada à quantidade mínima de energia necessária para que uma reação química ocorra - chamada de energia de ativação.

Em uma reação, os reagentes estão em um estado inicial de energia potencial. À medida que a reação prossegue, ela deve superar uma certa energia potencial, a energia de ativação, antes de atingir seu estado final. A energia líquida da reação é a diferença entre os estados inicial e final. Essa diferença pode ser negativa, o que significa que a reação libera energia, ou positiva, o que significa que absorve energia.

Se não houver energia suficiente disponível para superar a energia de ativação, a reação não prosseguirá. Em alguns casos, a energia pode ser fornecida na forma de calor. Isso fornece energia adicional para superar a barreira à ativação, e a reação pode prosseguir. Um catalisador também pode ser adicionado, o que fornece uma via alternativa de menor energia de ativação entre os reagentes e os produtos.

Os catalisadores não são consumidos na reação e, portanto, não afetam a energia líquida da reação. A energia de ativação é determinada experimentalmente e está relacionada à constante de reação k pela equação de Arrhenius, onde A é o fator pré-exponencial ou de frequência, R é a constante universal do gás e T é a temperatura absoluta na qual a reação ocorre.

A partir dessa equação, sabemos que aumentar a temperatura da reação ou diminuir a energia de ativação aumenta a constante de taxa. Voltando à equação da lei de taxa, segue-se que uma constante de taxa mais alta resulta em uma taxa de reação mais alta. Isso faz sentido porque, à medida que a temperatura aumenta, as moléculas se movem mais rápido e colidem com mais frequência, resultando em uma fração aumentada de moléculas com maior energia do que a energia de ativação.

Neste laboratório, você aprenderá a medir a energia de ativação de uma reação experimentalmente usando a decomposição do peróxido de hidrogênio como reação modelo.