DINÂMICA DAS REAÇÕES QUÍMICAS – COMO ELAS ACONTECEM?

A dinâmica das reações químicas se baseia em teorias que tentam explicar o que ocorre em termos moleculares no ponto decisivo de uma reação, e quais fatores que influenciam os seus diferentes parâmetros cinéticos. Pois durante a reação ocorre então profundas modificações da estrutura, há redistribuição de energias, da ordem de grande das energias de dissociação, antigas ligações são rompidas e novas se formam.

A teoria da colisão é a mais simples das explicações quantitativas das velocidades de reação. Ela é aplicada basicamente a reações elementares bimoleculares em fase gasosa, e se baseia na teoria cinética dos gases, onde temos as seguintes suposições:

  1. Um gás é formado por um grande número de átomos ou moléculas separados por distâncias enormes quando comparadas com seu tamanho;
  2. As moléculas têm massa, mas seus volumes são desprezivelmente pequenos;
  3. As moléculas estão constantemente em movimento caótico;
  4. Colisões entre as moléculas e entre as moléculas e as paredes do recipiente são elásticas, isto é, a energia cinética pode ser transferida de uma molécula para outra, mas não é convertida em outras formas de energia;
  5. Não existe interação, atrativa ou repulsiva, entre as moléculas.

Com base na teoria das colisões podemos notar que durante uma reação química a constante de velocidade depende dos seguintes fatores: frequência de colisões das moléculas, energia mínima necessária para que uma colisão tenha energia suficiente para resultar no produto da reação, e da probabilidade de que a colisão entre as moléculas ocorra em uma orientação favorável à transformação dos reagentes em produtos. Por isso essa teoria prevê o valor da constante de velocidade com bastante exatidão apenas para reações que envolvam espécies atômicas ou moléculas simples e se a energia de ativação for conhecida.  Entre tando ela não prevê bem as constantes de velocidade para moléculas complexas, que tendem ser menores que as calculadas, isso acontece devido a consideração que cada colisão suficientemente energética como uma colisão efetiva e na realidade, as moléculas podem não se aproximar umas das outras da forma correta para que a reação ocorra, mesmo que tenha energia esteja disponível. Devido a isso, uma nova teoria surgiu, a chamada Teoria do Estado de Transição (também conhecida como Teoria do Complexo  Ativado).

O ponto de partida da teoria do estado de transição é semelhante ao da teoria de colisão, considerando uma colisão bimolecular, é formado um complexo ativado (também chamado complexo do estado de transição) de energia relativamente alta, assumindo que uma espécie de equilíbrio químico especial (quase-equilíbrio) entre os reagentes e o complexo ativado. Este complexo fica no pico da curva, e representa uma combinação das moléculas dos reagentes, como se fosse uma molécula ordinária. Um aspecto importante desta teoria é que durante a formação do complexo ativado a distância das ligações entre os átomos das moléculas dos reagentes se tornam maiores, e também mais fracas, ao passo que as novas ligações, que formarão as moléculas do produto de reação, são apenas parcialmente estabelecidas.

O ponto principal da reação ocorre na região do pico da curva de perfil de reação. Nesta posição as moléculas que compõe o complexo ativado assumem uma configuração, denominada estado de transição da reação, onde qualquer mudança provoca a formação dos produtos da reação. Uma vez que o arranjo de moléculas chegue no estado de transição é possível ser revertido para as moléculas dos reagentes, porém uma vez ultrapassada esta condição, a formação dos produtos é inevitável.

Na Teoria de Estado de Transição a modificação de configuração a partir dos reagentes, é responsável pela existência da energia de ativação para a reação envolvida. Uma das grandes vantagens da Teoria do Estado de Transição é que o termo relacionado com o fator frequência é obtido diretamente a partir das considerações teóricas feitas, não sendo necessária uma comparação com os dados experimentais.

REFERÊNCIAS

CHANG, Raymond. Físico-Química: Para as Ciências Químicas e Biológicas – Vol.1. 

Dinâmica das reações moleculares: teoria do estado de transição e simulação computacional. 

ATKINS, Peter, PAULA, de, J. Físico-Química – Vol. 2, 10ª edição. 

Teoria das colisões. 

Dinâmica das reações: Teoria da colisão.