Post on 23-Jul-2015
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G U I L H E R M E A R R U D A
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J A I N E O L I V E I R A
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J O S É D A N I L O
K A I Q U E D I A S
M A R I A I D E L I T E
R A Y L A K E L L Y
CINÉTICA QUÍMICA
Cinética química
Nível macroscópico;
Nível particulado;
Velocidades das reações químicas
Instantânea;
Fermentação;
Simples;
A B
Determinação da velocidade media de uma reação
T = (tfinal– tinicial)
[ ] = [final] – [inicial]
NATUREZA DOS REAGENTES
CONTATO ENTRE OS REAGENTES
COLISÕES FAVORÁVEIS
ENERGIA DE ATIVAÇÃO
o Natureza dos reagentes - Substâncias diferentes podem ou não reagir. Quando
uma reação ocorre é porque temos uma “afinidade” entre os reagentes.
o Contato entre os reagentes - Essa é uma condição mais evidente para a
ocorrência de uma reação. O contato entre os reagentes permite que ocorram
interações entre os mesmos,originando os produtos.
o Colisões favoráveis – a colisão deve ocorrer em uma posição geométrica
favorável à formação do respectivo complexo ativado.
ÁCIDOS E BASES
o Colisão efetiva
o Complexo ativado – é o intermediário (estado de transição) formado entre
reagentes e produtos, em cuja estrutura existem ligações enfraquecidas (nos
reagentes) e formação de novas ligações (nos produtos).
o Energia de ativação – é a quantidade mínima de energia necessária para
iniciar uma reação química.
- Reação Exotérmica (∆H < 0)
- Reação Endotérmica (∆H > 0)
APLICAÇÕES NO COTIDIANO
Porque o sal e o açúcar são utilizado como conservante?
Como ascender uma fogueira mais rápido e com um bom sucesso?
Como acelerar a secagem de uma tinta?
Condições de reação e velocidade Para que uma reação química ocorra, as moléculas dos
reagentes devem se aproximar, de modo que os átomos
passam a ser trocados ou rearranjados.
Condições de reação e velocidade
Concentrações dos reagentes: O Alka-Seltzer contém
NaHCO3 e ácido cítrico. Quando um comprimido é
colocado em água, esses compostos reagem para forma o
CO2;
Temperatura: Cozinhar envolve reações químicas. Uma
temperatura mais alta resulta em cozimento mais rápido;
Catalizadores: São substâncias que aceleram as reações
químicas, mas que não se transformam.
Efeito da concentração na velocidade
de reação
Ao se estudar a cinética, um objetivo é determinar como as
concentrações dos reagentes afetam a velocidade da reação;
Diferentes relações entre a velocidade da reação e a
concentração dos reagentes são encontradas em outras reações.
Por exemplo, a velocidade da reação poderia ser independente
da concentração, ou a velocidade pode depender da
concentração de algum reagente elevada a alguma potência.
Equações de Velocidade
É importante reconhecer que os expoentes M e Nnão são necessariamente os coeficientesestequiométrico da equação .
Velocidade= k[A] m[B] n
Se um catalisador está presente na solução , suaconcentração pode também ser incluída naequação de velocidade.
Ordem de uma reação
É a soma dos expoentes de todos os termos deconcentração.
2 N2O5 4 NO2 + O2
Velocidade = k[N2O5]
Se a reação é de primeira ordem com a relação aN2O5 e se a concentração for dobrada a velocidadeda concentração dobrará.
VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO QUÍMICA
A velocidade de uma reação química serádiretamente proporcional ao produto da molaridadedos seus reagentes elevada a expoentesdeterminados experimentalmente.
VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO QUÍMICA
REAÇÂO
aA + bB → cC + dD
V = K.[A]p.[B]q
p e q são determinados experimentalmente
K--> constante de velocidade de reação
p --> ordem da reação em relação a A
q --> ordem da reação em relação a B
p + q --> ordem global da reação
VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO QUÍMICA
REAÇÃO ELEMENTAR
É aquela que ocorrenuma única etapa.aA + bB → produtos
Os expoentes daconcentração dosreagentes na equação davelocidade são ospróprios coeficientes dosreagentes na equaçãobalanceada.
V = K.[A]a.[B]b
VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO QUÍMICA
REAÇÃO NÃO ELEMENTAR
A reação é não elementarquando ocorre em variasetapas. O mecanismode reação é o conjuntodas etapas de umareação. A etapa lenta éa que determina avelocidade da reação.
X2 + Y2 2XY etapa lenta
2XY + X2 2X3Y etapa rápida
2X2 + Y2 2X3Y reação global
V = K.[A].[B]
EXEMPLO
2H2(g) + 2NO(g) N2(g) + 2H2O(g)
[H2] (mol/L) [NO] (mol/L) Velocidade inicial (mol/L.h)
1x10-3 dobrou 1x10-3
constante3x10-5 dobrou
2x10-3 constante 1x10-3 dobrou 6x10-5 quadruplicou
2x10-3 2x10-3 24x10-5
Para a citada equaçãopodemos chegar aseguinte Lei deVelocidade
V = K.[H2].[NO]2
A rapidez da reação entreo H2 e o NO, atemperatura constante, édiretamenteproporcional à primeirapotência daconcentração, em mol/L,do H2 e ao quadrado daconcentração, em mol/Ldo NO
CONSTANTE DE VELOCIDADE
Constante de Velocidade (K)
depende
Reação Temperatura
CONSTANTE DE VELOCIDADE
2H2(g) + 2NO(g) N2(g) + 2H2O(g)
K = V K = 3x10-5 K = 3x104
[H2].[NO]2 [1x10-3].[1x10-3]2
[H2] (mol/L) [NO] (mol/L) Velocidade inicial (mol/L.h)
1x10-3 1x10-3 3x10-5
2x10-3 1x10-3 6x10-5
2x10-3 2x10-3 24x10-5
Relação de Concentração
Reação de Primeira Ordem
- É aquela na qual a velocidade é diretamente proporcional à concentração do reagente.
Relações de Concentração
Reação de Segunda Ordem
- É aquela onde há uma dependência da velocidade com o quadrado da concentração do reagente.
Relação de Concentração
Reação de Ordem Zero
- É a reação em que a velocidade da reação é constante, independente da concentração do reagente.
Relação de Concentração
A OBSERVAÇÃO DE COMO ASREAÇÕES OCORREM NO NÍVELATÔMICO E NO MOLECULARFORNECE UMA VISÃO DAS VÁRIASINFLUÊNCIAS SOBRE ASVELOCIDADES DAS REAÇÕES.
Uma visão particulada das
velocidades de reação
Sabemos que a grande diferença nas velocidades de reações relaciona-
se com os compostos específicos envolvidos:
Reações muito rápidas;
Reações lentas;
Para uma reação específica, alguns fatores influenciam avelocidade, como a concentração dos reagentes, a temperatura dosistema racional e a presença de catalisadores.
Concentração, Velocidade de reação e Teoria das
colisões
Considere a reação em fase gasosa entre o óxido nítrico e ozônio:
NO(g) + O3 NO2(g) + O2(g)
A lei da velocidade para esta reação produto-favorecido é de primeira
ordem em relação a cada reagente, isto é, velocidade = k[NO][O3]. Como
essa reação pode ser lei da velocidade?
Para que esta ou qualquer outra reação ocorra, a teoria das
colisões de velocidades de reações afirme que três
circunstância devem ser satisfeitas:
1. As moléculas que reagem devem colidir umas com as
outras.
2. As moléculas que reagem devem colidir com energia
suficiente.
3. As moléculas devem colidir com uma orientação que possa
levar ao rearranjo dos átomos.
Temperatura, Velocidade de reação e Energia de
ativação
Em um laboratório ou na indústria química, as reações
químicas são freqüentemente realizadas a temperaturas elevadas
para fazer com que a reação ocorra rapidamente.
Uma discussão do efeito da temperatura na velocidade da
reação começa com a distribuição das energias entre as moléculas
em uma amostra de um líquido ou gás.
www.brasilescola.com
Energia de Ativação
As moléculas necessitam de uma energia mínima para que possam
reagir. Os químicos vêem isso como uma barreira da energia que
deve ser superada pelos reagentes para que uma reação ocorra.
A energia necessária para superar a barreira é chamada de energia
de ativação, Ea.
Se a barreira for baixa;
Se a barreira for elevada;
• SE A REAÇÃO FOR REVERSÍVEL, A REAÇÃO INVERSA TAMBÉM SERÁ ACELERADA;
• O CATALISADOR NÃO ALTERA A VARIAÇÃO DE ENTALPIA;
Efeito de Catalisadores sobre a Velocidade
de Reação
Nas industrias químicas, os catalisadores são muito utilizados
para acelerar as reações, deixando o processo mais barato;
A catálise pode ser:
Catálise Homogênea;
Catálise Heterogênea;
Os catalisadores mais comuns são:
Metais: Co, Ni, Pt, Pd;
Ácidos: H2SO4;
Óxidos Metálicos: Al2O3, Fe2O3;
Bases: NaOH;
Enzimas: Lipase, suco gástrico;
Toda reação química possui uma energia de ativação (Ea);
Complexo ativado: estado intermediário formado entre os
reagentes e os produtos;
Equação Genérica:
A + B → AB
1ª etapa – Lenta, pois há a formação do complexo ativado. Essa é aetapa determinante da reação:
A + C → ACComplexo
ativado
2ª etapa – Rápida:
AC + B → AB + C
Observe que a soma das duas etapas é exatamente igual à reação genérica, o que significa que o catalisador não participa como um produto da reação, sendo regenerado no final;
A ação do catalisador sobre a energia de ativação (Ea) pode ser
vista pelo gráfico a seguir:
Mecanismos de Reação
Sequências de etapas de formação e de quebra das
ligações que ocorrem durante a conversão dos
reagentes aos produtos.
A maioria das reações ocorre em
um conjunto de etapas.
Mecanismos de Reação
Por exemplo o óxido nítrico e o ozônio reagem em uma reação de uma etapa, ocorre em consequência de uma colisão entre as moléculas do reagentes:
Mecanismos de Reação
Um mecanismo que ocorra em uma série de etapas, cada uma delas envolvendo apenas uma ou duas etapas.
Molecularidade de Etapas
Elementares
Molecularidade;
A classificação das etapas elementares;
São denominadas como: Unimolecular, Bimolecular
e Termolecular.
Por exemplo, um mecanismo de duas etapas foi
proposto para a decomposição do ozônio na
atmosfera:
Mecanismo de Reação e Equações de Velocidade
Lei Cinética: aA + bB cC + dD
V = K. [A]m [B]n Calculados Experimentalmente
Ex: NO2 + CO NO + CO2
Lenta - > 1º 2NO2 NO3 + NO Reações
Rápida - > 2º NO3 + CO NO2 + CO2 Elementares
NO2 + CO NO + CO2
V = K. [NO2]2
Mecanismo de Reação e Equações de Velocidade
Energia
Mais Lenta
EAT 1 EAT 2
Mais Rápida
NO3+NO+CO
NO2 + CO
NO2 + CO2
CR
REFERÊNCIAS
Kotz, John C. ; Treichel Jr., Paul M. Química Geral e reações químicas ; São Paulo. Thompson Learning. 2007.
Nóbrega, Olímpio Salgado; Silva, Eduardo Roberto; Silva, Ruth Hashimoto. Química, volume único. 1º ed. São Paulo. Ática, 2005.
http://www.brasilescola.com/quimica/cinetica-quimica.htm
http://www.infoescola.com/quimica/cinetica/
http://www.soq.com.br/conteudos/em/cineticaquimica/
http://www.iq.ufrgs.br/ead/fisicoquimica/cineticaquimica/cinetica_quimica_introducao.html
https://www.ufpe.br/cap/images/quimica/
http://www.pontociencia.org.br/
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