Equilíbrio Químico

Cinética química

• É a área da química que estuda as velocidades com que ocorrem as reações químicas

• Cinética – velocidade de uma reação, isto é, à variação da concentração de um reagente ou de um produto com o tempo.

3

A B

velocidade = - D[A]

Dt

velocidade = D[B]

Dt

4

Br2 (aq) + HCOOH (aq) 2Br- (aq) + 2H+ (aq) + CO2 (g)

tempo

393 nm light

Detector

D[Br2] a D Absorption

Vermelho-marrom

t1< t2 < t3

5

Br2 (aq) + HCOOH (aq) 2Br- (aq) + 2H+ (aq) + CO2 (g)

Velocidade média = - D[Br2]

Dt = -

[Br2]final – [Br2]initial

tfinal - tinitial

slope of tangent

slope of tangent slope of

tangent

Velocidade instantânea = velocidade para um tempo específico

6

Velocidade a [Br2]

Velocidade = k [Br2]

k = velocidade

[Br2] = velocidade const.

= 3.50 x 10-3 s-1

7

Velocidade de reação e estequiometria

2A B

Dois moles de A disaparecem para cada mol de B que é formado

Veloc. = D[B]

Dt Veloc. = -

D[A]

Dt

1

2

aA + bB cC + dD

Veloc. = - D[A]

Dt

1

a = -

D[B]

Dt

1

b =

D[C]

Dt

1

c =

D[D]

Dt

1

d

8

Lei de velocidade

A lei de velocidade exprime a relação da velocidade de reação com a constante de velocidade e com as concentração dos reagentes.

aA + bB cC + dD

velocidade = k [A]x[B]y

Reação é ordem x em A

Reação é ordem y em B

Reação é ordem (x + y) global

9

F2 (g) + 2ClO2 (g) 2FClO2 (g)

Veloc. = k [F2]x[ClO2]y

Dobro [F2] com [ClO2] constante

Velocidade dobra

x = 1

Quaduplica [ClO2] com [F2] constante

velocidade quadruplica

y = 1

Veloc. = k [F2][ClO2]

10

F2 (g) + 2ClO2 (g) 2FClO2 (g)

Veloc. = k [F2][ClO2]

Lei de velocidade

• A lei de velocidade são sempre determinadas experimentalmente. A partir da concentração dos reagentes e das velocidades iniciais da reação, determinamos a orde de reação e, portanto, a constante de velocidade da reação.

• A ordem de reação é sempre definida em função das concentrações dos reagentes (não dos produtos)

• A ordem de um reagente NÃO está relacionada com o coeficiente estequiométrico do reagente na equação global balanceada.

1

• Ordem zero em relação a um reagente: se a alteração da

concentração desse reagente não causa alteração na velocidade;

• Primeira ordem em relação a um reagente: se duplicar a

concentração, duplica a velocidade da reação também;

• Ordem n em relação a um reagente: se duplicar a concentração

aumenta de 2n a velocidade da reação.

Ordem da reação

12

Reações de Primeira-Ordem

A produto Veloc. = - D[A]

Dt Veloc. = k [A]

k = Veloc.

[A] = 1/s ou s-1

M/s

M =

D[A]

Dt = k [A] -

[A] é a concentração de A no tempo t

[A]0 é a concentração de A no tempo t=0

[A] = [A]0e−kt ln[A] = ln[A]0 - kt

13

Reações de Segunda-Ordem

A produto Veloc. = - D[A]

Dt Veloc. = k [A]2

k = Veloc.

[A]2 = 1/M•s

M/s

M2 =

D[A]

Dt = k [A]2 -

1

[A] =

1

[A]0 + kt

t½ = t quando [A] = [A]0/2

t½ = 1

k[A]0

[A] é a concentração de A no tempo t

[A]0 é a concentração de A no tempo t=0

14

Reações de Zero-Ordem

A produto Veloc. = - D[A]

Dt Veloc. = k [A]0 = k

k = Veloc.

[A]0 = M/s

D[A]

Dt = k -

t½ = t quando [A] = [A]0/2

t½ = [A]0

2k

[A] = [A]0 - kt

[A] é a concentração de A no tempo t

[A]0 é a concentração de A no tempo t=0

15

Reação exotérmica Reação endotérmica

A Energia de ativação (Ea ) é a energia mínima necessária para que se inicie uma dada reação química.

A + B AB C + D + +

16

Dependência da Temperatura – Constante de velocidade

Ea é a energia de ativação (J/mol)

R é a constante dos gases (8.314 J/K•mol)

T é a temperatura absoluta

A é o fator de frequencia

ln k = - Ea

R

1

T + lnA

(Equação de Arrhenius)

)/( RTEaeAk

Linearização da equação:

17

Importância da orientação molecular

effective collision

ineffective collision

Importância do número de moléculas

• Processo unimoleculares, bimoleculares • Processo bimolecular Ex.:

A2(g) + B2(g) ↓ 2AB(g)

Velocidade α Z Z α [A2] Z α [B2]

Z = Z0 [A2][B2]

Velocidade de reação denpende:

• Fatores estéricos – p

• A fração de colisões bem sucedidas –

• A frequência de colisões - Z

)/( RTEae

Velocidade = p Z )/( RTEae

Velocidade = p Z0[A2][B2] )/( RTEae

Velocidade = k[A2][B2]

20

Um catalisador é uma substância que aumenta a velocidade de uma reação química sem ser consumida na mesma.

Ea k

Veloc.catalyzed > Veloc.uncatalyzed

Ea < Ea ′

Uncatalyzed Catalyzed

)/( RTEaeAk

21

N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) Fe/Al2O3/K2O

catalyst

Haber Process

22

Enzyme Catalysis

23

Binding of Glucose to Hexokinase

24

Veloc. = D[P]

Dt

Veloc. = k [ES]

Enzyme Kinetics