Explicar o que são catalisadores e comentar o efeito do catalisador utilizado na velocidade da reação. Comparar as corridas cinéticas que envolveram a mesma quantidade de reagentes e mesma temperatura, com e sem catalisador.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você me pediu para explicar o que são catalisadores, como eles afetam a velocidade das reações químicas e comparar as reações com e sem catalisador mantendo a mesma quantidade de reagentes e temperatura. Para isso, vamos precisar entender alguns conceitos básicos de cinética química e o papel dos catalisadores nas reações.
Passo 2
Primeiro, vamos definir o que é um catalisador. Um catalisador é uma substância que aumenta a velocidade de uma reação química sem ser consumida no processo. Ou seja, ele participa da reação, mas ao final permanece inalterado, podendo ser usado novamente.
Passo 3
Agora, vamos entender como os catalisadores afetam a velocidade da reação. A velocidade de uma reação depende da frequência e da energia das colisões entre as moléculas dos reagentes. Um catalisador age diminuindo a energia de ativação necessária para que as moléculas reajam. A energia de ativação (
) é a energia mínima que as moléculas precisam para que a reação ocorra.
A relação entre a energia de ativação e a velocidade da reação pode ser descrita pela equação de Arrhenius:
onde:
-
é a constante de velocidade, -
é o fator de frequência, -
é a energia de ativação, -
é a constante dos gases, -
é a temperatura absoluta.
Com um catalisador,
diminui, o que faz com que
aumente, ou seja, a reação ocorre mais rápido.
Passo 4
Vamos comparar duas situações: uma reação sem catalisador e outra com catalisador, mantendo a mesma quantidade de reagentes e temperatura.
-
Sem catalisador: A reação tem uma certa velocidade baseada na energia de ativação original (
) e, portanto, uma constante de velocidade . -
Com catalisador: A energia de ativação é reduzida para
( )), resultando em uma constante de velocidade maior .
Como
, a reação com catalisador ocorre mais rapidamente do que sem o catalisador, mesmo com a mesma quantidade de reagentes e temperatura.
Passo 5
Em termos práticos, se você medir a concentração dos reagentes ao longo do tempo, vai observar que, com o catalisador, a concentração diminui mais rapidamente, indicando que os reagentes estão sendo consumidos mais rápido. Isso ocorre porque o catalisador fornece um caminho alternativo para a reação com menor energia de ativação, facilitando a formação dos produtos.
Resposta
Então, resumindo, catalisadores são substâncias que aumentam a velocidade das reações químicas ao reduzir a energia de ativação necessária, sem serem consumidos no processo. Comparando reações com e sem catalisador, mantendo-se a mesma quantidade de reagentes e temperatura, a reação com catalisador ocorre mais rapidamente, evidenciado por uma diminuição mais rápida na concentração dos reagentes.