A Lei da Ação em Massa é um conceito utilizado na química para descrever a velocidade de uma reação química que envolve mais de uma substância. Ela determina que a velocidade de uma reação é proporcional ao produto das concentrações dos reagentes elevados aos seus coeficientes estequiométricos. Essa lei é fundamental para o estudo e compreensão das reações químicas em diversas áreas, como na fabricação de produtos químicos, na medicina, na indústria alimentícia, entre outras. Neste artigo, abordaremos algumas aplicações e exemplos práticos da Lei da Ação em Massa, demonstrando sua importância e relevância no contexto da química.
Aplicação prática das leis de Newton no dia a dia: um guia essencial.
Aplicação prática das leis de Newton no dia a dia: um guia essencial.
A Lei da ação em massa, também conhecida como a terceira lei de Newton, é frequentemente aplicada em diversas situações do nosso cotidiano. Esta lei afirma que para toda ação há uma reação igual e oposta. Ou seja, se um corpo exerce uma força sobre outro, este outro corpo irá reagir com uma força de mesma intensidade, mas em sentido contrário.
Um exemplo comum da aplicação da Lei da ação em massa é o ato de caminhar. Quando damos um passo para frente, estamos exercendo uma força no chão para trás. Como resultado, o chão reage com uma força de mesma intensidade para frente, impulsionando nosso movimento.
Outra aplicação prática da terceira lei de Newton pode ser observada em esportes como o futebol. Quando um jogador chuta a bola, ele exerce uma força sobre ela. Em resposta, a bola reage com uma força igual no sentido oposto, fazendo com que ela se desloque no campo.
É importante compreender as leis de Newton para entendermos melhor o mundo ao nosso redor. A Lei da ação em massa, em particular, nos mostra como as forças atuam em interações entre corpos e como as reações são sempre proporcionais às ações.
Quais são exemplos da lei da ação e reação?
Um dos princípios fundamentais da física é a Lei da Ação e Reação, que afirma que para toda ação há uma reação de igual magnitude, mas em direção oposta. Isso significa que quando um objeto exerce uma força sobre outro, o segundo objeto exerce uma força de mesma intensidade, porém na direção contrária. Existem diversos exemplos da aplicação dessa lei no dia a dia.
Um exemplo clássico da Lei da Ação e Reação é o impulso que um nadador exerce na água para se movimentar. Quando ele empurra a água para trás com as pernas e braços, a água exerce uma força igual e oposta sobre o nadador, impulsionando-o para frente. Outro exemplo é o funcionamento de um foguete espacial: os gases expelidos para trás com alta velocidade exercem uma força para frente, fazendo com que o foguete se mova na direção oposta.
Na natureza, a Lei da Ação e Reação também está presente. Por exemplo, quando um pássaro bate as asas para voar, ele empurra o ar para baixo, e o ar exerce uma força para cima sobre o pássaro, sustentando-o no ar. Da mesma forma, quando uma pessoa caminha, ela empurra o chão para trás, e o chão exerce uma força para frente, impulsionando-a para frente.
Em resumo, a Lei da Ação e Reação é um princípio fundamental que explica diversas interações físicas no mundo ao nosso redor. Entender e aplicar esse princípio é essencial para compreender o funcionamento de diversos fenômenos naturais e tecnológicos.
Principais usos da lei de Newton na física e engenharia: entenda suas aplicações essenciais.
A lei da ação em massa, ou terceira lei de Newton, é uma das leis fundamentais da física e tem diversas aplicações na física e engenharia. Ela estabelece que, para toda ação, há uma reação de igual intensidade, mas em sentido oposto. Isso significa que as forças sempre ocorrem em pares e são de mesma magnitude, porém em direções opostas.
Na física, a lei de Newton é amplamente utilizada para analisar o movimento de corpos e sistemas. Por exemplo, ao estudar a dinâmica de um veículo em movimento, é essencial considerar as forças que atuam sobre ele, como a força de atrito, a força peso e a força de resistência do ar. A partir da terceira lei de Newton, é possível determinar como essas forças interagem e influenciam o movimento do veículo.
Na engenharia, a lei da ação em massa é fundamental para o projeto de estruturas e máquinas. Ao projetar um edifício, por exemplo, os engenheiros precisam levar em consideração as forças que atuam sobre ele, como o peso das pessoas, o vento e os terremotos. Utilizando a terceira lei de Newton, é possível projetar estruturas que sejam capazes de resistir a essas forças e garantir a segurança dos ocupantes.
Além disso, a lei de Newton também é aplicada em diversas áreas da engenharia, como aeroespacial, mecânica e elétrica. Em cada uma dessas áreas, a terceira lei de Newton é utilizada para analisar o comportamento de sistemas complexos e projetar soluções eficientes.
Em resumo, a lei da ação em massa possui uma ampla gama de aplicações na física e engenharia, sendo essencial para a compreensão do movimento de corpos e sistemas, bem como para o projeto de estruturas e máquinas. Seu uso é fundamental para o avanço da ciência e tecnologia em diversas áreas do conhecimento.
Aplicação da lei de conservação da massa de Lavoisier na prática experimental.
A lei de conservação da massa de Lavoisier é uma lei fundamental da química que afirma que a massa total de um sistema fechado permanece constante, mesmo que ocorram reações químicas. Essa lei é amplamente aplicada na prática experimental para verificar se as reações químicas seguem esse princípio.
Um exemplo simples de aplicação da lei de conservação da massa é a reação entre o ferro e o enxofre para formar sulfeto de ferro. Ao realizar essa reação em um sistema fechado e medir as massas dos reagentes e produtos, é possível verificar se a massa total permanece a mesma antes e depois da reação, conforme previsto por Lavoisier.
Outro exemplo comum é a combustão de uma vela. Ao queimar a vela em um recipiente fechado e medir a massa da vela e dos produtos da combustão, podemos verificar se a massa total se conserva, confirmando assim a lei de conservação da massa.
Essas aplicações práticas da lei de conservação da massa de Lavoisier são essenciais para validar as equações químicas e garantir a precisão dos cálculos em experimentos químicos. Portanto, é fundamental compreender e aplicar essa lei em diversas situações experimentais para garantir a confiabilidade dos resultados obtidos.
Lei da ação em massa: aplicações, exemplos
A lei da ação das massas estabelece a relação entre as massas ativas dos reagentes e as dos produtos, em condições de equilíbrio e nos sistemas homogêneos (soluções ou fases gasosas). Foi formulado pelos cientistas noruegueses CM Guldberg e P. Waage, que reconheceram que a balança é dinâmica e não estática.
Por que dinâmico? Porque as velocidades das reações diretas e reversas são as mesmas. As massas ativas são geralmente expressas em mol / L (molaridade). Essa reação pode ser escrita assim: aA + bB <=> cC + dD. Para o equilíbrio citado neste exemplo, a relação entre reagentes e produtos é ilustrada na equação da imagem abaixo.
K é sempre constante, independentemente das concentrações iniciais das substâncias, desde que a temperatura não varie. Aqui A, B, C e D são os reagentes e produtos; enquanto a, b, ce são os seus coeficientes estequiométricos.
O valor numérico de K é uma constante característica para cada reação a uma dada temperatura. Então, K é o que é chamado constante de equilíbrio.
A notação [] significa que, na expressão matemática, as concentrações aparecem em unidades de mol / L, elevadas a uma potência igual ao coeficiente de reação.
Qual é a lei da ação de massa?
Como mencionado anteriormente, a lei da ação em massa expressa que a velocidade de uma dada reação é diretamente proporcional ao produto das concentrações das espécies reagentes, onde a concentração de cada espécie é elevada a uma potência igual ao seu coeficiente estequiométrico na equação química.
Nesse sentido, pode ser melhor explicado com uma reação reversível, cuja equação geral é ilustrada abaixo:
aA + bB ↔ cC + dD
Onde A e B representam os reagentes e substâncias chamadas C e D representam os produtos da reação. Da mesma forma, os valores de a, b, ce representam os coeficientes estequiométricos de A, B, C e D, respectivamente.
A partir da equação anterior, é obtida a constante de equilíbrio mencionada anteriormente, ilustrada como:
K = [C] c [D] d / [A] a [B] b
Onde a constante de equilíbrio K é igual a um quociente, em que o numerador é constituído pela multiplicação das concentrações dos produtos (em estado de equilíbrio) elevados ao seu coeficiente na equação balanceada e o denominador consiste em uma multiplicação semelhante mas entre os reagentes elevados ao coeficiente que os acompanha.
Significado da constante de equilíbrio
Deve-se notar que na equação para calcular a constante de equilíbrio, as concentrações das espécies no equilíbrio devem ser utilizadas, desde que não haja modificações nessas ou na temperatura do sistema.
Da mesma forma, o valor da constante de equilíbrio fornece informações sobre o sentido favorecido em uma reação de equilíbrio, ou seja, revela se a reação é favorável a reagentes ou produtos.
Se a magnitude dessa constante for muito maior que a unidade (K »1), o equilíbrio será inclinado para a direita e favorecerá os produtos; enquanto que se a magnitude dessa constante for muito menor que a unidade (K 1), o equilíbrio se inclinará para a esquerda e favorecerá os reagentes.
Além disso, apesar do fato de que, por convenção, é indicado que as substâncias no lado esquerdo da seta são os reagentes e as do lado direito são os produtos, o fato de que os reagentes que vêm da reação na reação podem ser um pouco confusos o sentido direto se torna o produto da reação em sentido inverso e vice-versa.
Equilíbrio químico
Freqüentemente, as reações atingem um equilíbrio entre as quantidades de substâncias iniciais e as dos produtos formados. Além disso, esse equilíbrio pode ser deslocado, favorecendo o aumento ou diminuição de uma das substâncias envolvidas na reação.
Um evento análogo ocorre na dissociação de uma substância dissolvida: durante uma reação, o desaparecimento das substâncias iniciais e a formação dos produtos com velocidade variável podem ser observados experimentalmente.
A velocidade de uma reação depende em grande parte da temperatura e da concentração dos reagentes em graus variados. De fato, esses fatores são estudados especialmente pela cinética química.
No entanto, esse equilíbrio não é estático, mas advém da coexistência de uma reação direta e uma inversa.
Na reação direta (->) os produtos são formados, enquanto na reação inversa (<-) eles re-originam as substâncias iniciais.
O exposto acima constitui o que é conhecido como equilíbrio dinâmico, mencionado acima.
Balanceamento de sistemas heterogêneos
Em sistemas heterogêneos – ou seja, naqueles formados por várias fases – as concentrações de sólidos podem ser consideradas constantes, omitindo a expressão matemática de K.
CaCO 3 (s) <=> CaO (s) + CO 2 (g)
Assim, no equilíbrio de decomposição do carbonato de cálcio, sua concentração e a do óxido resultante podem ser consideradas constantes, independentemente de sua massa.
Mudanças de equilíbrio
O valor numérico da constante de equilíbrio determina se uma reação favorece ou não a formação de produtos. Quando K é maior que 1, o sistema de equilíbrio terá uma concentração maior de produtos do que de reagentes e, se K for menor que 1, ocorre o contrário: em equilíbrio, haverá uma maior concentração de reagentes que de produtos.
Princípio Le Chatelier
A influência das variações de concentração, temperatura e pressão pode alterar a velocidade de uma reação.
Por exemplo, se produtos gasosos são formados em uma reação, um aumento na pressão no sistema faz com que a reação prossiga na direção oposta (em direção aos reagentes).
Em geral, as reações inorgânicas realizadas entre os íons são muito rápidas, enquanto as orgânicas têm velocidades muito mais baixas.
Se o calor é produzido em uma reação, um aumento na temperatura externa tende a orientá-lo na direção oposta, pois a reação inversa é endotérmica (absorve o calor).
Da mesma forma, se um excesso for causado em um dos reagentes dentro de um sistema de equilíbrio, as outras substâncias formarão produtos para neutralizar ao máximo essa modificação.
Como resultado, o equilíbrio muda favorecendo de uma maneira ou de outra, aumentando a taxa de reação, de modo que o valor de K permanece constante.
Todas essas influências externas e a resposta de equilíbrio para combatê-las é o que é conhecido como princípio de Le Chatelier.
Aplicações
Apesar de sua enorme utilidade, quando essa lei foi proposta, ela não teve o impacto ou a relevância desejada na comunidade científica.
No entanto, a partir do século XX, ganhou notoriedade graças ao fato de os cientistas britânicos William Esson e Vernon Harcourt a terem retomado várias décadas após sua promulgação.
A lei da ação em massa teve muitas aplicações ao longo do tempo, então algumas são indicadas abaixo:
- Quando formulado em termos de atividades em vez de concentrações, é útil determinar desvios do comportamento ideal dos reagentes em uma solução, desde que seja consistente com a termodinâmica.
- Quando uma reação se aproxima do estado estacionário, é possível prever a relação entre a velocidade líquida da reação e a energia livre instantânea de Gibbs de uma reação.
- Quando combinada com o princípio do equilíbrio detalhado, em termos gerais, esta lei prevê os valores resultantes, de acordo com a termodinâmica, das atividades e a constante no estado estacionário, bem como a relação entre elas e as constantes de velocidade resultantes de as reações no sentido direto e na direção oposta.
- Quando as reações são do tipo elementar, aplicando esta lei, a equação de equilíbrio apropriada é obtida para uma reação química específica e as expressões de sua velocidade.
Exemplos da lei da ação de massa
-No estudo de uma reação irreversível entre íons que estão em solução, a expressão geral desta lei leva à formulação de Brönsted-Bjerrum, que estabelece a relação entre a força iônica da espécie e a constante de velocidade .
– Ao analisar as reações que são realizadas em soluções ideais diluídas ou em estado de agregação de gás, é obtida a expressão geral da lei original (década dos anos 80).
-Como possui características universais, a expressão geral desta lei pode ser usada como parte da cinética e não como parte da termodinâmica.
– Quando usada em eletrônica, esta lei é usada para determinar que a multiplicação entre as densidades dos furos e os elétrons de uma determinada superfície tem uma magnitude constante no estado de equilíbrio, mesmo independentemente do doping que é fornecido ao material. .
-É amplamente conhecido o uso desta lei para descrever a dinâmica entre predadores e presas, assumindo que a taxa de predação nas presas tenha uma certa proporção com a relação entre predadores e presas.
-No campo dos estudos em saúde, essa lei pode até ser aplicada para descrever certos fatores do comportamento humano, do ponto de vista político e social.
A lei da ação de massa em farmacologia
Assumindo que D é a droga e R é o receptor no qual atua, ambos reagem para causar o complexo DR, responsável pelo efeito farmacológico:
K = [DR] / [D] [R]
K é a constante de dissociação. Há uma reação direta em que a droga atua no receptor e outra em que o complexo DR se dissocia nos compostos originais. Cada reação tem sua própria velocidade, equalizando apenas em equilíbrio, satisfazendo K.
Interpretando a lei das massas pela letra, quanto maior a concentração de D, maior a concentração do complexo DR formado.
No entanto, o total de receptores Rt tem um limite físico, portanto, não há quantidade ilimitada de R para todos os D. disponíveis. Além disso, estudos experimentais na área de farmacologia encontraram as seguintes limitações à lei de massa neste campo:
– Suponha que o link RD seja reversível, quando na maioria dos casos realmente não é.
– O link RD pode alterar estruturalmente qualquer um dos dois componentes (a droga ou o destinatário), uma circunstância que não considera a lei de massa.
– Além disso, a lei de massas empalidece antes das reações em que vários intermediários intervêm na formação de DR.
Limitações
A lei da ação em massa supõe que toda reação química é do tipo elementar; em outras palavras, essa molecularidade é a mesma que a respectiva ordem de reação para cada espécie envolvida.
Aqui, os coeficientes estequiométricos a, b, c e d são considerados como o número de moléculas envolvidas no mecanismo de reação. No entanto, em uma reação global, elas não necessariamente coincidem com o seu pedido.
Por exemplo, para a reação aA + bB <=> cC + dD:
A expressão da velocidade para reações diretas e inversas são:
k 1 = [A] a [B] b
k 2 = [C] c [D] d
Isso se aplica apenas a reações elementares, pois para as globais, embora os coeficientes estequiométricos estejam corretos, eles nem sempre são as ordens de reação. No caso de reação direta, o último poderia ser:
k 1 = [A] w [B] z
Nesta expressão wyz seriam as verdadeiras ordens de reação para as espécies A e B.
Referências
- Jeffrey Aronson (19 de novembro de 2015). As Leis da Vida: Lei de Guldberg e Waage de Ação em Massa. Recuperado em 10 de maio de 2018, de: cebm.net
- ScienceHQ (2018). Lei da ação de massa. Recuperado em 10 de maio de 2018, de: sciencehq.com
- askiitanos. (2018). Lei de Ação em Massa e Constante de Equilíbrio. Recuperado em 10 de maio de 2018, de: askiitians.com
- Enciclopédia das Ciências Salvat. (1968). Química Volume 9, Salvat SA das edições de Pamplona, Espanha. P 13-16.
- Walter J. Moore (1963). Química Física Em Termodinâmica e equilíbrio químico . (Quarta ed.). Longmans P 169.
- Alex Yartsev (2018). A Lei da Ação em Massa na Farmacodinâmica. Recuperado em 10 de maio de 2018, de: derangedphysiology.com