Faremos aqui uma breve revisão dos conceitos básicos que usaremos de Cinética Química no nosso curso de Cálculo de Reatores.
O que é Cinética Química?
Assim como todos os fenômenos do universo, reações químicas demoram um certo tempo para acontecer. Ao estudo da velocidade em que ocorrem as reações, se dá o nome de Cinética Química.
Ou seja, como as quantidades dos produtos e reagentes de uma reação química variam com o tempo.
Para avaliar isso, devemos definir o que é a taxa de velocidade da reação, que pode é definida por duas formas distintas: A taxa por espécie química e a taxa da reação total.
Ou seja, como as quantidades dos produtos e reagentes de uma reação química variam com o tempo.
Para avaliar isso, devemos definir o que é a taxa de velocidade da reação, que pode é definida por duas formas distintas: A taxa por espécie química e a taxa da reação total.
A Taxa de Velocidade Reacional
Vamos pensar em uma reação química simples, por exemplo:
\(A + B \to C\)
Podemos visualizar uma reação desse tipo molecularmente de uma forma semelhante à abaixo (aproximaremos cada molécula por um círculo colorido), onde:
- \( A \to\) Molécula vermelha
- \( B \to\) Molécula verde
- \( C \to\) Molécula azul
Veja acima que o número de moléculas de cada espécie química varia ao longo do tempo. É precisamente essa variação que desejamos investigar, e a ela, daremos o nome de taxa de velocidade reacional.
A taxa de velocidade da reação é definida como a variação da quantidade de matéria proporcionada por uma reação química ao longo do tempo.
Existem duas definições clássicas de taxa de velocidade reacional:
- Taxa de Velocidade Reacional por Espécie Química
- Taxa de Velocidade Reacional por Reação Química
A Taxa de Velocidade Reacional para uma espécie química
A abordagem clássica é definir a taxa de um componente \(i\) em um meio reacional como a variação do número de mols de \(i\) pelo tempo.
Note que para que ela seja constante com respeito a variações volumétricas e transforme-se em uma propriedade intensiva, ela será normalizada pelo volume reacional:
Note que para que ela seja constante com respeito a variações volumétricas e transforme-se em uma propriedade intensiva, ela será normalizada pelo volume reacional:
\[R_{i}=\frac{1}{V}\frac{dN_{i}}{dt}\]
Em que:
- \(R_{i} \to\) Taxa de Velocidade Reacional para a espécie \(i\)
- \(V \to\) Volume do meio reacional
- \(N_{i} \to\) Número de mols de \(i\)
Como definimos a taxa para uma espécie química específica, ela contabilizará o efeito de todas as reações que estão ocorrendo no meio reacional.
A Taxa de Velocidade Reacional para uma reação química
Agora definiremos a taxa de velocidade reacional para uma única reação química, independentemente de uma espécie química específica.
Vamos supor uma reação química genérica da forma:
Vamos supor uma reação química genérica da forma:
\(aA + bB \to cC + dD\)
Em que:
- \(A, B, C, D \to\) Espécies químicas presentes na reação
- \(a, b, c, d \to\) Coeficientes estequiométricos da reação (positivos)
Podemos definir a taxa por reação pela variação do número de mols de cada componente isolado, normalizado pelo seu coeficiente estequiométrico:
\[
r
=
- \frac{1}{a} \frac{1}{V}\frac{dN_{A}}{dt}
=
- \frac{1}{b} \frac{1}{V}\frac{dN_{B}}{dt}
=
\frac{1}{c} \frac{1}{V}\frac{dN_{C}}{dt}
=
\frac{1}{d} \frac{1}{V}\frac{dN_{D}}{dt}
\]
r
=
- \frac{1}{a} \frac{1}{V}\frac{dN_{A}}{dt}
=
- \frac{1}{b} \frac{1}{V}\frac{dN_{B}}{dt}
=
\frac{1}{c} \frac{1}{V}\frac{dN_{C}}{dt}
=
\frac{1}{d} \frac{1}{V}\frac{dN_{D}}{dt}
\]
Assim, pudemos compreender e definir uma expressão matemática fundamental para descrever as taxas de velocidade reacionais!
Na próxima aula de revisão, exploraremos como descrevê-las através de expressões algébricas e correlações.
Na próxima aula de revisão, exploraremos como descrevê-las através de expressões algébricas e correlações.
