Emilija Randjelovic/iStock/GettyImages

Em química, as reações exotérmicas são aquelas que liberam calor no ambiente. Quando a temperatura de tal sistema aumenta, ocorrem dois efeitos primários:a taxa de reação acelera e a posição do equilíbrio químico pode mudar.

TL;DR (muito longo; não li)

Temperaturas mais altas geralmente aceleram as reações exotérmicas, mas também podem mover o equilíbrio em direção aos reagentes, limitando o rendimento final.

Impacto na taxa de reação

Em geral, a temperatura aumenta a velocidade de reação. Isso ocorre porque a equação de Arrhenius mostra que a constante de taxa k aumenta exponencialmente à medida que a temperatura aumenta:k =Ae^(–Ea/RT) . Por exemplo, um fósforo acende-se quase instantaneamente quando a sua ponta é riscada, enquanto à temperatura ambiente a mesma mistura química permanece inerte durante horas.

Dinâmica de equilíbrio

A maioria dos processos químicos é reversível. À medida que os reagentes se convertem em produtos, a reação direta diminui enquanto a reação inversa ganha impulso. Quando as taxas se equilibram, o sistema atinge o equilíbrio:as concentrações dos reagentes e produtos não mudam mais. A composição de equilíbrio depende da reação específica.

Princípio de LeChatelier

O princípio de LeChatelier prevê como um sistema em equilíbrio responde a mudanças externas. Adicionar mais produtos empurra a reação de volta para os reagentes; adicionar reagentes o impulsiona para frente. Este princípio é fundamental para a compreensão dos processos industriais e manipulações laboratoriais.

Temperatura como produto:mudança de equilíbrio

Para reações exotérmicas, o calor é um produto. O aumento da temperatura introduz efetivamente produto adicional (calor), fazendo com que o sistema favoreça os reagentes para restabelecer o equilíbrio. Conseqüentemente, quanto maior a temperatura, maior será a mudança em direção aos reagentes. Uma ilustração clássica é o processo Haber (N₂+3H₂⇌2NH₃). Em baixas temperaturas, a formação de amônia é lenta; aumentar a temperatura acelera a cinética, mas simultaneamente leva o equilíbrio de volta ao nitrogênio e ao hidrogênio, reduzindo o rendimento de amônia.

Em resumo, embora o aquecimento de uma reação exotérmica possa acelerar o seu progresso, muitas vezes sacrifica o rendimento do produto ao mover o equilíbrio em direção aos reagentes. Engenheiros e químicos devem equilibrar a temperatura para otimizar a taxa e o rendimento.