Cinética Química

A L L A N G O M E S

A N A R A Q U E L

D I A N A S A N T O S

E M A N O E L Y T H A I U S K A

G U I L H E R M E A R R U D A

J A C Q U E L I N E M A R I A

J A I N E O L I V E I R A

J E I S I A N E B E N E D I T O

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;

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

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.

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

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

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.

Reação de Ordem Zero

- É a reação em que a velocidade da reação é constante, independente da concentração do reagente.

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.

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:

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

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/