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Transcrição de vídeo

RKA4G - No último vídeo, nós conversamos sobre a Teoria da Colisão. E nós dissemos que as moléculas devem colidir para reagir, as colisões devem ter orientação correta e, além disso, as colisões devem ter energia suficiente para que elas sejam efetivas. Essas ideias da Teoria da Colisão estão contidas na equação de Arrhenius. Aqui, nós temos a nossa equação, onde K vai ser a constante de velocidade. Então, eu vou marcar, aqui, que essa vai ser a constante de velocidade . E nos outros termos, eu tenho que "A" vai ser o meu fator de frequência. Eu vou marcar que esse vai ser meu fator de frequência. Vou escrever aqui rapidinho, fator de frequência. E aqui, eu tenho "e" elevado a -Eₐ, que é a minha energia de ativação, e tem de estar em joules por mol. Aqui, eu tenho R, que é a constante dos meus gases, e tenho T, que a minha temperatura, medida em Kelvin. Esse termo se refere à fração das minhas colisões com energia suficiente para que a minha reação ocorra. Então, vou simbolizá-lo com um "f" minúsculo. "f" vai depender da minha energia de ativação sobre a constante dos gases vezes a temperatura. Vamos ver como a fração das colisões é afetada quando a gente muda a energia de ativação ou muda a temperatura da reação. Vou pegar um pouquinho mais de espaço, aqui e a gente vai começar com 40 quilojoules por mol e uma temperatura de 373 Kelvins. Vamos descobrir o "f". A gente tem que "f" vai ser igual a "e". Assim, eu tenho aqui "'e", que vai ser elevado. Então, a gente tem que colocar os nossos valores. Temos 40 quilojoules por mol, mas a gente precisa colocar isso em joules por mol Eu tenho, aqui, -40 mil joules. Se você fizer essa continha, vai ver esse vai ser o resultado. E aqui, eu tenho joules por mol. Isso aqui vai estar sobre a minha constante dos gases, que eu sei que é 8,314. Isso aqui vai ser em joules por Kelvin vezes mol. Vou colocar isso entre parênteses, só para ficar melhor de visualizar. E tenho que multiplicar isso pela temperatura, que é de 373 Kelvins. Vamos fazer esse cálculo. Nós vamos fazer por partes. Então, vou fazer primeiro 8,314 vezes 373. Eu vou ter esse valor aqui. Agora, eu tenho que fazer 40 mil dividido por meu valor. Então, eu vou ter 12,898. Agora, tenho que fazer o meu número de Euler elevado a esse valor que a gente encontrou. Eu sei que meu número de Euler vai ser igual a 2,718 e eu vou elevar isso ao valor que eu encontrei. Mas eu tenho que colocar um negativo. Então, a -12,898. Eu vou ter 2,5 vezes 10⁻⁶. Então, eu vou ter aqui que "f" vai ser igual a 2,5 vezes 10⁻⁶. Note que as minhas unidades vão se cancelar: eu tenho joules aqui, joules aqui, mol aqui, mol aqui e Kelvin aqui, Kelvin aqui também. Então, as minhas unidades se cancelam. Mas o que isso quer dizer? Vamos dizer que nós temos 1 milhão de colisões. Então aqui, a gente tem 1 milhão de colisões. Vamos fazer aqui, 1 milhão. E qual número eu tenho que dividir por 1 milhão para ter 2,5 vezes 10⁻⁶? Bom, esse valor é de 2,5. Então, eu tenho que fazer 2,5 dividido por 1 milhão para ter esse valor aqui. Isso quer dizer que para cada 1 milhão de colisões na nossa reação, apenas 2,5 terão energia suficiente para reagir. Obviamente, esse é um número extremamente pequeno de colisões com energia suficiente. Certo? Vamos ver o que acontece quando a gente muda a energia de ativação. Então, aqui nós mudamos a nossa energia de ativação: a gente saiu de 40 quilojoules por mol para 10 quilojoules por mol, E a gente manteve a temperatura de 373 Kelvin. Então, a gente vai fazer a mesma coisa de antes, nós vamos fazer o "f". A gente tem que o nosso "f" vai ser igual a "e", que vai estar elevado. Agora, a gente tem 10 quilojoules por mol. Então, se transformar isso para joules, teremos -10 mil joules por mol. E eu tenho que dividir isso pela minha constante dos gases, que é 8,314. E tenho que multiplicar isso pela minha temperatura, que é de 373 Kelvin. Então, vou fazer a mesma coisa de antes e a gente vai fazer isso por partes. Eu tenho 8,314 vezes 373. E, agora, tem que fazer 10 mil e isso vai ser dividido pela minha resposta, que vai me dar 3,224. Então, agora, tenho que fazer o meu número de Euler, que eu sei que é 2,718 elevado a menos a minha resposta. Eu vou ter 0,039, que vou arredondar para 0,04. Então, eu tenho que meu "f" vai ser igual a 0,04. Lembre-se que as nossas unidades se cancelam. Vamos fazer a mesma coisa de antes, vamos entender esse número aqui. Então, se eu tenho 1 milhão de colisões... Vamos marcar aqui. Qual número tenho que dividir por 1 milhão para ter 0,04? Bom, esse número vai ser 40 mil. 40 mil dividido por 1 milhão vai me resultar em 0,04. Então, para cada 1 milhão de colisões, 40 mil delas vão ter energia suficiente para reagir. E esse é um aumento enorme em "f", é um aumento muito grande das colisões com energia suficiente para reagir. Nós fizemos isso decrescendo energia de ativação: diminuir energia de ativação aumenta o nosso valor de "f". Vamos fazer mais um cálculo. Vou pegar mais um pouquinho de espaço. E agora, também vou continuar com a mesma energia de ativação, que é de 10 quilojoules por mol. Mas note que eu aumentei a temperatura, eu aumentei em 100 Kelvins a minha temperatura. Então, vamos fazer a mesma coisa de antes: eu tenho que meu "f" vai ser igual a "e", que vai ser elevado a 10 mil joules por mol dividido pela minha constante dos gases, que é 8,314. Só que agora vou multiplicar por uma temperatura diferente, que é de 473 Kelvin. Vou só arrumar o meu 4, pois está parecendo 9. Só vou arrumar para ninguém se confundir. 473. Vou pegar a calculadora e, de novo, vamos fazer isso por partes. Eu tenho 8,314 vezes 473 e eu vou ter esse valor, aqui. Agora, eu tenho que fazer 10 mil dividido pela minha resposta. E eu vou ter 2,542. Então agora, vou fazer o meu número de Euler, que eu sei que é 2,718. E agora, eu tenho que elevar isso a menos a minha resposta. Eu tenho 0,0786, que eu arredondo para 0,08. Então, aqui o meu "f" vai ser igual a 0,08. Novamente, nós vamos fazer aquela ideia de 1 milhão de colisões. Eu tenho 1 milhão de colisões. 1 milhão de colisões. Qual o número tenho que dividir por 1 milhão para ter 0,08? Esse número vai ser 80 mil. Então, para cada 1 milhão de colisões, 80 mil delas agora vão ter energia suficiente para reagir. Nós aumentamos a temperatura, nós fomos de 373 Kelvin para 473 Kelvin. Nós aumentamos o número de colisões, ou seja, nós aumentamos o nosso valor de "f". Finalmente, vamos pensar o que essas coisas fazem com a nossa constante de velocidade. Então, vamos voltar lá para cima. Vamos voltar aqui para cima e pensar na nossa constante de velocidade. Nós estamos falando de "f". Fizemos diferentes cálculos para "f" e dissemos que se a gente aumentar o nosso "f", a gente vai diminuir a energia de ativação. Ou nós poderíamos ter aumentado a temperatura. Então, se a gente aumentar a temperatura, a gente também vai alterar o valor de "f", vai aumentar o valor de "f". Então, diminuir a nossa energia de ativação aumenta o nosso valor de "f". Vamos marcar que a gente vai aumentar o nosso valor de "f", só para a gente não esquecer. Se nós aumentarmos "f", isso significa que nós vamos aumentar o K também. E lembre-se das leis de velocidade: então, vou ter o meu V, que vai ser igual a K vezes a concentração de um reagente qualquer. A concentração do que você está trabalhando, por exemplo. Isso quer dizer que se a gente aumenta o nosso K, a gente vai aumentar também a nossa velocidade, porque essa relação é diretamente proporcional: quanto maior for a constante K, maior vai ser a velocidade. Então, aqui está o que estou falando para vocês. Se nós diminuirmos a energia de ativação ou se nós aumentamos a temperatura, nós aumentamos a fração das colisões com energia suficiente para ocorrer. Portanto, nós aumentamos a velocidade da nossa constante K. E como K é diretamente proporcional à velocidade da reação, nós aumentamos a velocidade. Isso faz sentido, certo? Nós sabemos, por experiência, que se aumentarmos a temperatura da reação, a velocidade da reação também vai aumentar. Mais uma vez, as ideias da Teoria da Colisão são contidas na equação de Arrhenius. Vamos ver mais disso nos próximos vídeos.