Pós-graduação
  1. Química Física  1.1. Termodinâmica  1.1.1. Leis da Termodinâmica  1.1.2. Entalpia e capacidade térmica  1.1.3. Entropia e energia livre  1.1.4. Equilíbrio de Fases  1.1.5. Termodinâmica estatística  1.1.6. Ciclo termodinâmico  1.1.7. Fugacidade e atividade  1.2. Química Quântica  1.2.1. Princípios da mecânica quântica  1.2.2. Equação de Schrödinger  1.2.3. Partícula em uma caixa  1.2.4. Operadores e autovalores  1.2.5. Orbitais atômicos  1.2.6. Teoria do orbital molecular  1.2.7. Teoria de Perturbação  1.2.8. Teoria de ligação de valência  1.2.9. Hibridização e ligação química  1.3. Cinética química  1.3.1. Leis de velocidade e mecanismos de reação  1.3.2. Teoria das colisões  1.3.3. Teoria do estado de transição  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reações em Cadeia e Polimerização  1.3.6. Reações fotoquímicas  1.4. Mecânica estatística  1.4.1. Funções de Partição  1.4.2. Funções de distribuição molecular  1.4.3. Distribuição de Boltzmann  1.4.4. Estatísticas de Bose–Einstein e Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopia  1.5.1. Rotational Spectroscopy  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopia Eletrônica  1.5.4. Espectroscopia de ressonância magnética nuclear  1.5.5. Espectrometria de Massa  1.5.6. Espectroscopia Raman  1.5.7. Espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica  1.6. Química de superfícies e coloidal  1.6.1. Isoterma de absorção  1.6.2. Tensão Superficial e Molhabilidade  1.6.3. Estabilidade Coloidal  1.6.4. Catalysis  1.6.5. Emulsões e micelas  1.7. Eletroquímica  1.7.1. Equação de Nernst  1.7.2. Células eletroquímicas  1.7.3. Condutividade e mobilidade  1.7.4. Guerra  1.7.5. Células de combustível  1.7.6. Eletrólise
  2. Química orgânica  2.1. Mecanismo de Reação  2.1.1. Reações de substituição nucleofílica  2.1.2. Reações de adição eletrofílica  2.1.3. Reações de eliminação  2.1.4. Reações de rearranjo  2.1.5. Reações radicais  2.1.6. Reações pericíclicas  2.2. Espectroscopia e determinação estrutural  2.2.1. Espectroscopia UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopia de RMN  2.2.4. Espectrometria de Massas  2.2.5. Cristalografia de Raios X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidade e atividade óptica  2.3.2. Análise estrutural  2.3.3. Isomerismo geométrico  2.3.4. Dynamic Stereochemistry  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reagentes organolítio e organomagnésio  2.4.2. Reações de acoplamento cruzado catalisadas por paládio  2.4.3. Complexos de Metais de Transição  2.4.4. Ligação metal-carbono  2.5. Química dos polímeros  2.5.1. Mecanismo de Polimerização  2.5.2. Características dos Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradável  2.5.4. Polímero condutor  2.5.5. Polímeros Supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Design e desenvolvimento de medicamentos  2.6.2. Farmacocinética e farmacodinâmica  2.6.3. Relações estrutura-atividade  2.6.4. Acoplamento Molecular e Triagem de Medicamentos
  3. Química inorgânica  3.1. Química de coordenação  3.1.1. Teoria do Campo Cristalino  3.1.2. Teoria do campo dos ligantes  3.1.3. Série Espectroquímica  3.1.4. Quelação e estabilidade  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalise por complexos organometálicos  3.2.3. Metalocènicos  3.3. Química bioinorgânica  3.3.1. Metaloproteínas e enzimas  3.3.2. O papel dos metais em sistemas biológicos  3.3.3. Transporte e armazenamento de íons metálicos  3.4. Química do estado sólido  3.4.1. Estruturas Cristalinas  3.4.2. Teoria de bandas dos sólidos  3.4.3. Supercondutores  3.4.4. Defeitos no cristal  3.5. Lantanídeos e Actinídeos  3.5.1. Configuração eletrônica em lantanídeos e actinídeos  3.5.2. Química de coordenação dos lantanídeos  3.5.3. Propriedades Magnéticas dos Lantanídeos
  4. Química Analítica  4.1. Cromatografia  4.1.1. Cromatografia Gasosa  4.1.2. Cromatografia Líquida de Alta Performance  4.1.3. Cromatografia em Camada Delgada  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopia de absorção atômica  4.2.2. Difração de raios X  4.2.3. Espectroscopia de plasma acoplado indutivamente  4.3. Métodos Eletroanalíticos  4.3.1. Potenciometria  4.3.2. Voltametria  4.3.3. Colometria  4.4. Espectrometria de Massa  4.4.1. Técnica de Ionização  4.4.2. Padrão de Fragmentação  4.5. Quimiometria  4.5.1. Análise multidisciplinar  4.5.2. Aprendizado de Máquina em Química
  5. Química Teórica e Computacional  5.1. Simulação de dinâmica molecular  5.1.1. Campos de força e minimização de energia  5.1.2. Simulação de Monte Carlo em simulações de dinâmica molecular  5.2. Métodos de química quântica  5.2.1. Teoria de Hartree–Fock  5.2.2. Teoria do funcional da densidade  5.2.3. Métodos semi-empíricos  5.3. Design computacional de medicamentos  5.3.1. Acoplamento Molecular  5.3.2. Modelagem QSAR  5.3.3. Triagem Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Cinética Enzimática  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inibição  6.2. Metabolismo e Bioenergética  6.2.1. Glicólise  6.2.2. Ciclo do ácido cítrico  6.2.3. Cadeia de transporte de elétrons  6.3. Biologia Molecular  6.3.1. Replicação e reparo do DNA  6.3.2. Síntese de proteínas  6.3.3. Regulação Genética  6.4. Bioquímica Estrutural  6.4.1. Dobramento de Proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efeito estufa  7.1.2. Destruição da Camada de Ozônio  7.1.3. Poluentes do ar e fumaça  7.2. Química da Água  7.2.1. pH e dureza da água  7.2.2. Tratamento de águas residuais  7.2.3. Química Aquática  7.3. Química do Solo  7.3.1. Contaminação por metais pesados  7.3.2. pH do Solo e Capacidade Tamponante  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicologia e Segurança Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Avaliação de Risco em Toxicologia e Segurança Química em Química Ambiental  7.4.3. Efeitos dos poluentes no ambiente

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Teoria das colisões


A teoria das colisões é um conceito fundamental em cinética química, um ramo da química física preocupado com o entendimento das taxas de reações químicas. Esta teoria fornece uma estrutura para prever como diferentes variáveis afetam a velocidade de uma reação, concentrando-se nas interações entre as partículas reagentes. Ao examinar essas interações, os cientistas podem obter informações sobre as condições necessárias para que uma reação ocorra. Nesta discussão detalhada, exploraremos os princípios da teoria das colisões, os fatores que afetam as taxas de reação e exemplos ilustrativos usando diagramas visuais e explicações textuais.

Fundamentos da teoria das colisões

O núcleo da teoria das colisões afirma que, para que uma reação ocorra, as partículas reagentes - ou seja, átomos, moléculas ou íons - devem colidir. No entanto, nem toda colisão resulta em uma mudança química. Os seguintes pré-requisitos devem ser atendidos para uma reação bem-sucedida:

  1. Frequência de colisões: Quanto mais colisões houver entre as partículas reagentes, maior a probabilidade de uma reação. Concentrações mais altas de reagentes aumentam a probabilidade de colisões.
  2. Orientação correta: As partículas colidentes devem estar corretamente orientadas entre si para formar uma nova ligação. Se a orientação estiver errada, as partículas simplesmente colidirão entre si sem reagir.
  3. Energia suficiente: A energia cinética das partículas colidentes deve ser igual ou maior que a energia de ativação (Ea) necessária para quebrar as ligações e iniciar a reação. Este limiar de energia é importante para superar a barreira de energia para a reação.

Energia de ativação

A energia de ativação é a energia mínima necessária para que ocorra uma reação química. É como a barreira que as partículas reagentes precisam cruzar para se transformar em produtos. Em termos de gráfico, se você olhar uma reação em um diagrama de energia, a energia de ativação é o pico entre reagentes e produtos.

        Reagentes --( E_a )--> Produtos

onde E_a é a energia de ativação.

Fatores que afetam a taxa de reação do ponto de vista da teoria das colisões

Vários fatores alteram a taxa de reações químicas ao afetar a frequência, orientação ou energia das colisões. Vamos analisar esses fatores em detalhe:

1. Concentração dos reagentes

Aumentar a concentração dos reagentes aumenta o número de partículas por unidade de volume, o que aumenta a frequência das colisões. Como resultado, isso aumenta a probabilidade de uma colisão eficaz, acelerando a reação.

2H_2 + O_2 → 2H_2O - Aumentar a concentração de gás hidrogênio ou oxigênio aumentará as colisões e fará com que a água se forme mais rapidamente.

H2 O2

Aumentar a concentração resulta em mais círculos azuis e vermelhos, indicando colisões mais frequentes de H2 e O2.

2. Temperatura

Aumentar a temperatura da mistura de reação aumenta a energia cinética das partículas reagentes. Maior energia cinética significa que as partículas colidem mais intensamente e mais frequentemente, superando assim a energia de ativação - um requisito chave para que as reações prossigam.

Reações como a decomposição do peróxido de hidrogênio: 
2H_2O_2 → 2H_2O + O_2

Esses eventos ocorrem mais rapidamente a temperaturas mais altas devido ao aumento das colisões eficazes.

H2O2 O2 Alta temperatura

3. Pressão

Embora a pressão afete principalmente reações envolvendo reagentes gasosos, aumentar a pressão diminui o volume, aumentando efetivamente a concentração. Isso resulta em colisões ocorrendo com mais frequência.

Por exemplo, na síntese da amônia via processo Haber:

N_2(g) + 3H_2(g) ⇌ 2NH_3(g)

Alta pressão favorece a reação direta devido ao aumento da frequência das colisões entre moléculas de nitrogênio e hidrogênio.

N2 H2

A compressão faz com que as colisões entre N2 e H2 ocorram com mais frequência.

4. Catalisador

Os catalisadores são substâncias que aumentam a taxa de uma reação sem causar alterações permanentes na própria substância. Eles funcionam reduzindo a energia de ativação da reação, aumentando o número de partículas que possuem energia suficiente para reagir.

Considere a decomposição do peróxido de hidrogênio catalisada por íons iodeto:

2H_2O_2(aq) → 2H_2O(l) + O_2(g)

A presença de íons iodeto facilita este processo com uma energia de ativação mais baixa.

        Sem ativador:
        Reagentes -(alta E_a)-> Produtos
        Com ativador:
        Reagentes -(baixa E_a)-> Produtos

5. Área de superfície

Para reagentes sólidos, aumentar a área de superfície leva a mais colisões. Sólidos finamente pulverizados reagem mais rapidamente do que seus equivalentes em massa porque há mais área disponível para que a reação ocorra.

A reação entre carbonato de cálcio e ácido clorídrico é um exemplo clássico disso:

CaCO3(s) + 2HCl(aq) → CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l) CaCO3 partícula CaCO3 Pó

Como mostrado, a grande área de superfície proporcionada pelo carbonato de cálcio em pó leva a reações rápidas.

Conclusão

A teoria das colisões fornece uma visão abrangente dos desafios e condições necessárias para reações químicas bem-sucedidas. Ao enfatizar a importância da frequência de colisões, orientação correta e energia suficiente, esta teoria contribui para o nosso entendimento de como e por que as reações ocorrem em suas respectivas taxas. Ajustes na concentração, temperatura, pressão, presença de catalisadores e área de superfície podem afetar significativamente as velocidades das reações, alterando a probabilidade e a natureza dos encontros entre partículas. Cada fator desempenha um papel diferente em se alinhar com os princípios da teoria das colisões, tornando-a um aspecto importante da cinética química e da química física. Por meio dessa investigação detalhada, ganhamos uma compreensão mais completa da dinâmica e complexidades presentes nos processos químicos.


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