Velocidade de reação e complexo ativado: o que são e como caem no Enem

Devido à diversidade de compostos químicos existentes na natureza é possível encontrar reações químicas que demoram muito tempo para se concretizar, assim como reações que ocorrem de maneira instantânea. O modo como os químicos buscam explicar esses fenômenos ao nível molecular é chamado de teoria das colisões. Desse modo, estudar a velocidade de reação e a teoria das colisões são fundamentais para um bom desempenho nos diferentes vestibulares do país, dentre eles se insere o ENEM. 

O que é a Teoria das Colisões

A teoria das colisões é uma dos pontos cruciais da cinética química que é a área da ciência que estuda o que é velocidade de reação e os fatores que modificam a velocidade de uma reação. Max Trautz e William Lewis foram cientistas que centraram seus estudos no desenvolvimento da teoria das colisões, a qual afirmava que uma reação química só se processa quando os reagentes adquirem energia suficiente para romper a barreira energética e serem convertidos em produtos. Vale ressaltar que além da energia suficiente para que a reação se complete, é necessário que os reagentes sofram colisões frontais. O desenvolvimento da teoria das colisões foi fundamental para o melhor entendimento da natureza das reações químicas ao nível molecular.

Energia de Ativação

A energia de ativação corresponde a energia mínima que os reagentes precisam obter para que a reação química se inicie. Dessa forma, todo ou qualquer produto só poderá ser obtido se os reagentes conseguirem chegar na energia de ativação. Representada muitas vezes por Ea, a energia de ativação é necessária para haver a quebra das ligações dos reagentes e consequentemente para a formação de novas ligações químicas dos produtos.

O conhecimento da energia de ativação é crucial para entender a cinética química, pois essa barreira energética está intimamente relacionada com a velocidade da reação. Quanto maior a energia de ativação, maior a energia necessária para a reação se processar e consequentemente menor a velocidade da reação química. A existência da energia de ativação tem uma grande importância para o processamento das reações, visto que atua como uma barreira para que reações explosivas não ocorram de modo espontâneo. 

Os catalisadores são espécies químicas que apresentam como função principal aumentar a velocidade das reações através da diminuição da energia de ativação. 

Complexo ativado

Após as partículas dos reagentes obterem energia maior ou igual à energia de ativação e estarem com uma geometria favorável, dá-se início a formação do complexo ativado. O complexo ativado é um estágio transitório numa reação química, ou seja, é a configuração em que as ligações químicas dos reagentes estão se rompendo enquanto as ligações dos produtos estão sendo formadas. 

Ressalta-se que o complexo ativado é o estágio de mais alta energia durante uma reação química, sendo desse modo bastante instável. Conhecer o complexo ativado das reações químicas é de suma importância para compreender a cinética da reação, visto que quanto mais instável for o complexo ativado, mais rápida será a reação.

Choques eficazes e não eficazes

As colisões entre as moléculas são passos fundamentais para o completo processamento de uma reação química, entretanto não são todos os tipos de colisões que darão origem aos produtos. Os choques eficazes são aqueles em que as moléculas colidem frontalmente com uma geometria favorável para formação do complexo ativado e consequentemente dos produtos da reação. Ressalta-se que somente a existência de choques eficazes não é suficiente para a reação ser favorecida, pois é necessário atingir a energia de ativação. Uma alta frequência de choques eficazes durante uma reação química aumenta consideravelmente a velocidade do processo.

Em contrapartida, os choques não eficazes são aqueles que não ultrapassaram a energia mínima necessária para efetivação da reação química. Esses choques não ocorrem frontalmente, não propiciando assim a formação dos produtos desejáveis. Desse modo, pode-se afirmar que essas colisões não contribuem positivamente para reação química e consequentemente com a velocidade da reação.

Fatores que ampliam as colisões entre as partículas

Como visto anteriormente, para que uma reação se processe é necessário que uma abundância de colisões entre os reagentes ocorram de modo efetivo. Vários fatores ambientais podem modificar as configurações reacionais favorecendo os desfavorecendo essas colisões. A temperatura é um dos fatores que modificam diretamente a velocidade das reações, pois com o aumento da temperatura observa-se a elevação da agitação das moléculas dos reagentes, fazendo com que a probabilidade de choques eficazes se eleve significativamente. Desse modo, é possível inferir que o aumento da temperatura favorece as colisões eficazes. 

A concentração dos reagentes é outro fator importante para o estudo da velocidade das reações, visto que quanto maior a concentração de moléculas dos reagentes, maior será a probabilidade de choques efetivos, aumentando assim a rapidez da reação química. Além disso, a superfície de contato dos reagentes estão diretamente relacionados com a frequência de choques eficazes, pois quanto maior a superfície disponível para choques, maior a probabilidade desses choques serem do tipo eficazes, gerando assim um aumento na rapidez da reação química. Para estudo de espécies gasosas, quanto maior a pressão dos reagentes maior é a densidade de moléculas dessas espécies, sendo desse modo, a probabilidade de choques efetivos aumentada.

Velocidade de Reação - Teoria das Colisões no Enem

A teoria das colisões no Enem são cobradas dentro do estudo da cinética química, encontradas em questões da prova nas últimas edições. Para os candidatos que pretendem ter um bom desempenho na prova, é fundamental que compreendam o que é velocidade das reações assim como o que é a teoria das colisões.    (ENEM 2022) Em uma aula prática de bioquímica para medir a atividade catalítica da enzima catalase, foram realizados seis ensaios independentes, nas mesmas condições, variando-se apenas a temperatura. A catalase decompõe o peróxido de hidrogênio (H2O2), produzindo água e oxigênio. Os resultados dos ensaios estão apresentados no quadro.

Os diferentes resultados dos ensaios justificam-se pelo(a):

a) variação do pH do meio. 

b) aumento da energia de ativação. 

c) consumo da enzima durante o ensaio. 

d) diminuição da concentração do substrato. 

e) modificação da estrutura tridimensional da enzima.