Calculadora de Equação de Arrhenius

Para que uma reação ocorra, as moléculas em colisão precisam de energia cinética suficiente para quebrar as ligações existentes e formar novas — esse limite de energia é a energia de ativação, Ea. A qualquer temperatura, as energias cinéticas moleculares seguem uma distribuição (a distribuição de Maxwell-Boltzmann), e apenas a fração de moléculas com energia acima de Ea pode reagir na colisão. O termo exponencial e^(−Ea/RT) na equação de Arrhenius é exatamente essa fração. Como a relação é exponencial e não linear, mesmo um aumento modesto de temperatura pode aumentar dramaticamente a fração de moléculas suficientemente energéticas, razão pela qual as taxas de reação são tão sensíveis à temperatura - muitas vezes descritas vagamente como "duplicando a cada 10 °C", embora o multiplicador real dependa tanto de Ea quanto da faixa de temperatura.

O fator pré-exponencial A representa a constante de taxa teórica se todas as colisões fossem bem-sucedidas – sem nenhuma barreira de energia. É responsável pela frequência com que as moléculas colidem e a fração dessas colisões com a orientação correta para reagir (às vezes formalizado como o fator estérico na teoria das colisões). A é tratado como aproximadamente constante em faixas de temperatura modestas no modelo simples de Arrhenius, e é por isso que a equação pode ser reorganizada para resolver k, A, Ea ou T a partir de apenas três quantidades conhecidas, exatamente como faz a guia Taxa Constante acima.

No laboratório, A raramente é conhecido diretamente, mas Ea pode ser encontrado sem ele. Se a constante de taxa for medida em duas temperaturas diferentes, tomar o logaritmo natural da equação de Arrhenius em cada ponto e subtrair elimina A inteiramente, dando ln(k₂/k₁) = −Ea/R·(1/T₂ − 1/T₁). Este método de dois pontos é a maneira prática pela qual a maioria das energias de ativação são realmente determinadas - plote ln(k) contra 1/T para várias temperaturas e a inclinação da linha reta resultante é −Ea/R (um gráfico de Arrhenius). A guia Duas Temperaturas implementa a versão de dois pontos dessa mesma ideia e também pode ser executada ao contrário: dada Ea e uma constante de taxa, ela prevê a constante de taxa em uma nova temperatura.

A energia de ativação é relatada em kJ/mol (ou às vezes kcal/mol) e é uma propriedade do mecanismo de reação específico, não apenas dos reagentes - um catalisador funciona fornecendo uma via alternativa com um Ea mais baixo, razão pela qual as reações catalisadas podem ocorrer rapidamente mesmo em baixas temperaturas. Valores pequenos de Ea (abaixo de cerca de 40 kJ/mol) descrevem reações que são rápidas e relativamente insensíveis à temperatura; valores grandes (várias centenas de kJ/mol) descrevem reações que são lentas à temperatura ambiente, mas aceleram acentuadamente com o aquecimento. A guia Energia de Ativação dedicada foi criada para responder às perguntas mais comuns do mundo real: dada uma constante de taxa medida em uma temperatura conhecida, que barreira de energia isso implica?

A equação básica de Arrhenius assume que A e Ea são independentes da temperatura, o que é uma boa aproximação em uma faixa estreita de temperatura, mas pode falhar em faixas mais amplas - tratamentos mais avançados (como a equação de Arrhenius modificada, k = A·Tⁿ·e^(−Ea/RT)) adicionam um pré-fator dependente da temperatura para corrigir isso. A equação também descreve uma etapa de reação elementar idealizada; para mecanismos de múltiplas etapas, a "energia de ativação" medida é realmente um valor composto eficaz. Apesar dessas simplificações, a equação de Arrhenius continua sendo uma das relações mais úteis e amplamente aplicadas em química, ciência de alimentos (modelagem de prazo de validade), farmacologia e engenharia de materiais.