Cinética Química

Prof. MSc. Helieder Cortes Freitas

Colégio Expansão

É a parte da química que estuda a velocidade das

reações químicas e os fatores que nela influem.

1) DEFINIÇÃO.

Rápidas: neutralizações em meio

aquoso, combustões,...

2) CLASSIFICAÇÃO

DAS REAÇÕES.

a - Quanto à velocidade.

Lentas: fermentações, formação

de ferrugem,...

2a etapa (lenta) : N2O2(g) + O2(g) 2 NO2(g)

Complexas : ocorrem em duas ou mais etapas.

b – Quanto ao mecanismo da reação.

Elementares : ocorrem numa só etapa.

Ex: 2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g)

Ex: H2(g) + I2(g) 2 HI

1a etapa (rápida) : 2 NO(g) N2O2(g)

reação global : 2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g)

a - Velocidade média (Vm)

Representa a variação na quantidade de um reagente ou produto num

intervalo de tempo.

t

Cou

t

Vou

t

nou

t

mvm

m = massa, n = no mols, V = volume, C = concentração molar

3) VELOCIDADE DAS

REAÇÕES.

Vm = │∆quantidade│ ∆tempo

OBS:

• para os reagentes podemos calcular a velocidade em módulo.

Para produtos: Vm = ∆[ produtos] ∆ t

• A Vm dos reagentes também é chamada de velocidade de desaparecimento e a Vm dos produtos de velocidade de formação.

Para reagentes: Vm = – ∆[ reagentes] ∆ t

[ ] (mol/L)

tempo

p/ a reação: A → B + 2C

C

A

B

Velocidade de desaparecimento

Velocidade de formação

A velocidade média da reação a A + b B   c C + d D pode ser definida pela expressão I, a seguir: Expressão I:

t

D

dt

C

ct

B

bt

A

aVm

][1][1][1][1

Considere agora a reação de decomposição da água oxigenada. 2H2O2(aq) 2 H2O(líq) + O2(g)

A tabela ao lado fornece as concentrações, em mol por litro, da água oxigenada, em função do tempo da reação. Com base nas informações acima, é correto afirmar:01. A velocidade média da reação é constante em todos os intervalos de tempo considerados.02.No intervalo de tempo entre 20 e 30 minutos, a velocidade média de formação do gás oxigênio é 5,0x103 mol L1 min1.04.Em valores absolutos, a velocidade média de decomposição da água oxigenada é igual à velocidade média de formação da água, qualquer que seja o intervalo de tempo considerado.08.Entre 0 e 10 minutos, a velocidade média da reação, definida pela expressão I acima, é de 1,5x102 mol L1 min1.32.No intervalo de 10 a 20 minutos, a velocidade média de decomposição da água oxigenada é de 0,30 mol L1 min1.64.A velocidade média, definida pela expressão I, é sempre um número positivo.

Questão 01)

T /m in 0 1 0 2 0 30[H O ]/m o l/L 0 ,8 0 0 ,5 0 0 ,3 0 0 ,202

AFINIDADE ENTRE AS SUBSTÂNCIAS REAGENTES.

4) CONDIÇÕES PARA QUE

UMA REAÇÃO OCORRA.

CONTATO ENTRE ELAS.

OCORRÊNCIA DE COLISÕES EFETIVAS.

COLISÃO EFETIVA OU EFICAZ:

É TODA COLISÃO ENTRE MOLÉCULAS REAGENTES QUE OCORRE COM:

• POSIÇÃO (ORIENTAÇÃO) ADEQUADA.

• ENERGIA SUFICIENTE.

REAGENTES

COMPLEXO ATIVADOPRODUTOS

I2(g) H2(g) 2HI(g)+

5) MECANISMO DE UMA REAÇÃO QUÍMICA

+

COLISÃO EFICAZ

Complexo Ativado: É o estado intermediário formado entre reagentes e

produtos, como resultado da colisão, cuja estrutura existem ligações

enfraquecidas (reagentes) e formação de novas ligações (produtos).

COLISÕES NÃO EFETIVASCOLISÕES EFETIVAS

6) ENERGIA DE ATIVAÇÃO.

É a mínima quantidade de energia para que a colisão entre

as partículas dos reagentes resulte em reação, ou,

é a energia necessária para levar os reagentes ao complexo

ativado. 

COMPLEXO ATIVADO (CA)7) GRÁFICOS.

caminho da reação

∆H < 0

Reagentes

Produtos

ENERGIA DE ATIVAÇÃO (Ea)

Hp

Hr

HCA

REAÇÃO EXOTÉRMICA

H( KJ OU Kcal )

REAÇÃO ENDOTÉRMICA

COMPLEXO ATIVADO (CA)

caminho da reação

∆H > 0

Reagentes

Produtos

ENERGIA DE ATIVAÇÃO (Ea)

Hp

Hr

HCA

H( KJ OU Kcal )

Questão 01) Observando o diagrama a seguir, que representa a reação direta (1) e a inversa (2),

fazem-se as afirmações, analise-as e assinale V ou F.I. a energia de ativação da reação inversa é o dobro da energia de ativação da reação direta.II. a reação direta é endotérmica.III. a reação direta é mais rápida que a inversa, por ter menor energia de ativação.IV. a reação inversa é endotérmica.

Questão 02) O gráfico abaixo refere-se à variação de energia de uma reação hipotética, ocorrendo no sentido direto, em duas etapas.

a) Qual das duas etapas é determinante da velocidade da reação hipotética global? Justifique.b) Calcule o calor de reação correspondente à etapa mais endotérmica da reação hipotética global.c) Calcule o calor de reação correspondente à reação hipotética global inversa.

Questão 03) A figura abaixo representa o diagrama de energia da reação de combustão do etanol.

I. A representa a energia de ativação.II. B representa a variação de entalpia.III. C representa a formação do produto da reação.IV. A reação é exotérmica.V. A diminuição da temperatura aumenta a velocidade da reação.

Questão 04) A redução das concentrações de gases responsáveis pelo efeito

estufa constitui o desafio central do trabalho de muitos pesquisadores. Uma das possibilidades para o seqüestro do CO2 atmosférico é sua transformação em outras moléculas. O diagrama a seguir mostra a conversão do gás carbônico em metanol.

Indique a etapa lenta do processo. Justifique sua resposta.

Maior a superfície de contato → maior o nº

de partículas em reação → maior o nº de

choques efetivos → maior a velocidade da reação.

Maior a temperatura → maior a agitação das

partículas → maior o nº de choques efetivos

→ maior a velocidade da reação.

8) FATORES QUE INFLUEM NA VELOCIDADE.- Superfície de contato.

- Temperatura.

Maior pressão → menor o volume → maior o nº de choques efetivos → maior a velocidade da reação.

- Pressão (gases).

“Quanto menor a energia de ativação, maior a velocidade da reação e vice-versa”.

- Catalisador.

inibidor é o oposto de catalisador, ele diminui a velocidade da reação aumentando sua energia de ativação.

Os catalisadores são substâncias que aumentam a velocidade da reação diminuindo sua energia de ativação, criando um novo caminho para ela.

OBS: o catalisador não é consumido

durante a reação, sendo recuperado ao final.

CA

caminho da reação

∆H < 0

Reagentes

Produtos

Ea

Hp

Hr

HCA

REAÇÃO EXOTÉRMICA

H( KJ OU Kcal )

HCA

ENERGIA DE ATIVAÇÃO (Ea)

SEM CATALISADOR

COM CATALISADOR

REAÇÃO ENDOTÉRMICA

CA

caminho da reação

Reagentes

Produtos

Ea

Hp

Hr

HCA

H( KJ OU Kcal )

HCA

ENERGIA DE ATIVAÇÃO (Ea)

SEM CATALISADOR

COM CATALISADOR

∆H > 0

Na catálise homogênea, catalisador e reagentes se

encontram na mesma fase. Na catálise heterogênea, catalisador e reagentes se encontram em fases

diferentes.

OBS:

Na autocatálise um dos produtos da reação atua como catalisador.

Cu(s) + HNO3(aq) → Cu(NO3)2(aq) + NO(g) + H2O(l)

Exemplo:

SUBSTÂNCIAS:(ENTRADA) CO(MONÓXIDO DE CARBONO)HC(HIDROCARBONETOS)NOx(ÓXIDOS DE NITROGÊNIO)SUBSTÂNCIAS:(SAÍDA) CO2(DIÓXIDO DE CARBONO)H2O(ÁGUA)N2Ox(NITROGÊNIO)

CARCAÇA METÁLICA

MANTA EXPANSIVAFUNÇÕES:-VEDAÇÃO.-ISOLANTE TÉRMICO.-FIXAÇÃO/PROTEÇÃO MECÂNICA.

REAÇÕES QUÍMICAS:2CO + O2 → 2CO2.2C4H12 + 7O2 → 4CO2 + 6H2O.2NO2 + 2CO → N2 + 2CO2.

SUPORTE CERÂMICO:-REVESTIDO EM ÓXIDO DE ALUMÍNIO.-CONTÉM METAIS ATIVOS:• PALÁDIO/RÓDIO(para motores a gasolina)• PALÁDIO/MOLIBDÊNIO (para motores a álcool)

EMISSÕESPROVENIENTESDO MOTOR.

Questão 01) A respeito dos fatores que influenciam a cinética de reações químicas, assinale o que for correto. 01. A energia de ativação de uma reação é independente da ação de um catalisador. 02. A velocidade da reação aumenta com o aumento da superfície de contato entre os reagentes. 04. A velocidade da reação aumenta com o aumento da temperatura, devido à maior freqüência de colisões efetivas entre as moléculas dos reagentes. 08. Toda colisão com orientação adequada produz uma reação química.

Questão 02) Uma reação química de grande importância é a fotossíntese, com a qual, a partir de CO2 e H2O, obtém-se a glicose:

Leia o enunciado acima e considere as afirmativas apresentadas a seguir, e assinale as corretas.I. A pressão não influi nesta reação.II. Na ausência de luz a velocidade da reação é quase nula.III. Com o aumento de temperatura maior será a velocidade da reação.IV. A velocidade da reação será maior quando a concentração, em quantidade de matéria de CO2 aumentar.

2(g)6(s)126luz

(g)22(g) O 6 OHC O6H CO 6

Questão 03) Com relação à cinética química, assinale a alternativa correta.a) A elevação de temperatura aumenta a velocidade das reações químicas porque aumenta o número de colisões por segundo entre as moléculas.b) A freqüência de colisões efetivas entre reagentes diminui com o aumento de temperatura.c) Alumínio em raspas pode ser "queimado" mais facilmente do que alumínio em pó.d) Catalisadores não participam das etapas de uma reação química.e) A etapa determinante de uma reação química é a mais rápida.

Questão 04) Laboratório, o hidrogênio pode ser preparado pela reação de zinco com solução de ácido clorídrico. Observe as condições especificadas nas experiências a baixo.A velocidade da reação é maior em:

1,0 raspas em 30 V

0,5 pó em 30 IV

1,0 pó em 30 III

0,5 granulado 25 II

1,0 granulado 25 I

mol/L C

[Ácido] Zinco TEMP aExperiênci

o

Maior concentração dos reagentes → maior o número de partículas por unidade

de volume → maior o nº de choques

efetivos → maior a velocidade da reação.

- Concentração dos reagentes.

A velocidade instantânea de uma

reação é obtida através de uma expressão

matemática conhecida como LEI DA AÇÃO

DAS MASSAS ou LEI CINÉTICA, proposta

por Gulberg e Waage, em 1876.

Cato Gulberg

Peter Waage

9) LEI DA VELOCIDADE.

Lei da Velocidade de Guldberg/ Waage

Dada a reação abaixo:

].[][ BAkv

dDcCbBaA Estabele-se a seguinte lei, segundo os experimentos de Guldberg/ Waage:

V = K .[A]a.[B]b . . . . K = constante cinética

a = ordem do reagente A b = ordem do reagente B

a + b = ordem global da reação [ ] = concentração molar

dDcCbBaA Para reações elementares:

Para reações que ocorrem em mais de uma etapa (reações complexas), a aquação de velocidade será dada em função da etapa lenta.

Exemplo: A reação NO2(g) + CO(g) → CO2(g) + NO(g)

ocorre em duas etapas. Dê a velocidade da reação.

2 NO2(g) → NO3(g) + NO(g) (etapa lenta)NO3(g) + CO(g) → CO2(g) + NO2(g) (etapa rápida)

V = K .[NO2]2

Para reações complexas:

Reagente sólido não participa da expressão de velocidade, pois a velocidade de uma reação de um sólido depende exclusivamente da superfície de contato.

OBS:

Nas reações entre gases, a velocidade pode ser expressa em função das pressões parciais dos reagentes, no lugar das concentrações.

Questão 01) O ozônio próximo à superfície é um poluente muito perigoso, pois causa sérios problemas respiratórios e também ataca as plantações através da redução do processo da fotossíntese. Um possível mecanismo que explica a formação de ozônio nos grandes centros urbanos é através dos produtos da poluição causada pelos carros, representada pela equação química a seguir: NO2 (g) + O2 (g) NO (g) + O3 (g)Estudos experimentais mostram que essa reação ocorre em duas etapas:

De acordo com as reações apresentadas, a lei da velocidade é dada por: a) v = k [O2] [O] b) v = k [NO2] c) v = k [NO2] + k [O2] [O] d) v = k [NO] [O3] e) v = k [O3]

I. NO2(g) NO (g) + O (lenta) II. O2(g) + O O3 (g) (rápida)

Questão 02) A amônia (NH3) é de grande importância na fabricação de fertilizantes. Ela pode ser obtida a partir de hidrogênio (H2) e nitrogênio (N2). A lei de velocidade para essa reação é V = k [ H2 ]3.[ N2 ].Quando a concentração de hidrogênio é duplicada e a concentração de nitrogênio é triplicada, mantendo-se constante a temperatura, é correto afirmar que:a) a velocidade final não é alterada.b) a velocidade final é 24 vezes a velocidade inicial.c) a velocidade final é 6 vezes a velocidade inicial.d) a velocidade final é 18 vezes a velocidade inicial.e) a velocidade final é 54 vezes a velocidade inicial.

Questão 03) Duas substâncias gasosas A e B reagem em um recipiente fechado, de acordo com a seguinte lei de velocidade V = k [A].[B]2

Com relação a esta reação são feitas as seguintes afirmações, assinale o que for correto.I.Mantida constante a temperatura, a velocidade aumentará oito vezes, se o volume inicial for à metade.II.Mantido constante o volume, uma diminuição de temperatura provoca uma diminuição na velocidade da reação.III.Mantidos constantes o volume, a temperatura e a concentração de A, e diminuindo pela metade a concentração de B, a velocidade aumenta quatro vezes.

Questão 04) Uma certa reação química é representada pela equação: 2A(g) + 2B(g) C(g) , onde “A”, “B” e “C” significam as espécies químicas que são colocadas para reagir. Verificou-se experimentalmente, numa certa temperatura, que a velocidade desta reação quadruplica com a duplicação da concentração da espécie “A”, mas não depende das concentrações das espécies “B” e “C”. Escreva a expressão CORRETA da velocidade e o valor CORRETO da ordem da reação.

Questão 05) Os dados abaixo são relativos a uma série de experimentos envolvendo a reação entre óxido nítrico e bromo, a 273°C.

2NOBr(g)(g)Br 2NO(g) 2

Em análise dos dados escreva a lei de velocidade da reação e o valor da constante de velocidade, K.

Escreva a equação de velocidade da reação citada, calcule o valor de K e determine se areação é elementar ou não, justifique.

Questão 06) A reação redox que ocorre entre os íons brometo (Br-) e bromato (BrO ) em meio ácido, formando o bromo (Br2) é representada pela equação. BrO (aq) + 5 Br-(aq) + 6 H+(aq) 3 Br2(aq) + 3 H2O(l) Um estudo cinético dessa reação em função das concentrações dos reagentes foi efetuado, e os dados obtidos estão listados na tabela a seguir.

3

3

3

3

1-1

1

inicial

1

inicial

1

inicial3

10x 4,820,010,010,04

10x 7,210,030,020,03

10x 2,410,010,020,02

10x 1,210,010,010,01

).s(mol.L)(mol.L

H

)(mol.L

Br

)(mol.L

BrOExp.

Velocidade