CINÉTICA QUÍMICA1. Introdução

A Cinética Química estuda:- a velocidade das reações;- como a velocidade varia em função das diferentes condições;- e os mecanismos de desenvolvimento de uma reação.

2. Velocidade de uma reação químicaA velocidade de uma reação química pode ser definida como:- o aumento na concentração molar do produto por unidade de tempo;- ou o decréscimo na concentração molar do reagente por unidade de tempo.A seguir, tem-se a representação gráfica do exemplo mais simples de uma reação:

(A B)

3. Determinação da velocidade média de uma reação (Vm)

Onde:Dt = intervalo de tempoD[X] = variação da concentração de reagentes e produtosÉ interessante atentar que:- a velocidade dos reagentes é negativa, pois a concentração deles diminui ao

longo do tempo;- a velocidade dos produtos é positiva, pois a concentração deles aumenta ao

longo do tempo;

Exemplo: Seja a reação de decomposição da água oxigenada:

Essa reação envolve a decomposição de H2O2 e a formação de H2 e O2

Sendo assim, tem-se:

Gráfico da decomposição de H2O2:

Analisando os valores das velocidades médias de consumo de H2O2, percebe-se:- velocidades médias não são constantes;- valor máximo é encontrado no início da reação.

Conclusão:- velocidade média diminui de acordo com a diminuição da concentração

Gráfico da formação de H2 e O2:

Seja a reação de decomposição da H2O 2:

Proporção: 2 mols : 2mols : 1 mol

Calculando as velocidades médias de decomposição do reagente e de formação dos produtos no intervalo de tempo de 0 a 10 minutos:

Decomposição de H2O2: Formação de H2: Formação de O2: Dividindo as velocidades médias pelos coeficientes estequiométricos, obtém-se o mesmo valor de velocidade média: Esse valor de velocidade média corresponde à velocidade média da reação.

4. Condições para que uma reação ocorra (Teoria das Colisões)

Para que ocorra uma reação, é necessário:- Moléculas reagentes colidam entre si;- Colisão ocorra com orientação favorável à formação do complexo ativado;- A energia das moléculas que colidem entre si seja igual ou superior à energia de

ativação.

Colisão efetiva ou eficaz:- É a que resulta em reação;- O número total de colisões efetivas ou eficazes é muito pequeno comparado ao

número total de colisões.

Complexo Ativado:- Estado intermediário (estado de transição) formado entre os reagentes e os

produtos;- Em sua estrutura, existem:

- ligações enfraquecidas (presentes nos reagentes);- e formação de novas ligações (presentes nos produtos).

- Para que ocorra a formação do complexo ativado:- As moléculas dos reagentes devem apresentar:

- Energia suficiente;- Colisão com geometria favorável.

- Essa energia é chamada energia de ativação (Eat)

Energia de Ativação (Eat)Menor quantidade de energia que deve ser fornecida aos reagentes para a formação do complexo ativado e, consequentemente, para a ocorrência da reação.- Quanto menor for a energia de ativação de uma reação, maior será a sua

velocidade.

5. Fatores que afetam a velocidade de uma reação

Superfície de contato:- Quanto mais pulverizado estão os reagentes, maior é a velocidade das reações;- Pulverização aumenta o número de contato entre as moléculas reagentes;- Reações entre gases ocorrem mais facilmente do que entre fragmentos sólidos

Temperatura:- Aumento da temperatura aumenta a velocidade de uma reação porque:

- Aumenta a energia cinética (agitação) das moléculas reagentes;- Possibilitando maior número de colisões efetivas;- E a consequente formação de novas moléculas.

Pressão:- Tem um efeito significativo nas reações envolvendo gases;- O mesmo não ocorre nos sistemas líquidos e sólidos;- Quando da reação participam gases:

- Aumento da pressão eleva a concentração destes por compressão

Luz:- A luz e outras radiações eletromagnéticas exercem efeito análogo ao da

eletricidade:- Fornecem energia:

- Para que algumas moléculas consigam ultrapassar a barreira da energia de ativação;

- Exemplo: Fotossíntese e Fotólise

Natureza dos reagentes:- Reações que não envolvem quebra de ligações:

- São muito rápidas à temperatura ambiente;- Exemplo:

- Reações entre íons de carga contrária;- Reações de transferência de elétrons em solução aquosa.

6. Catalisador e Inibidor

Catalisador:- Substância que aumenta a velocidade de uma reação, sem sofrer qualquer

alteração em sua estrutura;- Aumento da velocidade da reação é conhecido como catálise;- O catalisador acelera a velocidade da reação:

- Alterando o mecanismo da reação:- Provocando a formação de um complexo ativado de energia mais

baixa.

Inibidor É uma substância que diminui a velocidade das reações:

- Formando um complexo ativado de alta energia de ativação;- É consumido pela reação

Autocatálise:- Catalisador é um dos produtos da própria reação;- À medida que o catalisador vai se formando, a velocidade da reação vai

aumentando.Ativadores do catalisador ou promotores:

- Substâncias que atuam no catalisador, aumentando a sua atividade catalítica;Venenos de catalisador:

- Diminuem ou, até mesmo, destroem a ação do catalisador.-

Catálise homogênea:- catalisador e reagentes no mesmo estado físico;

- Exemplo:

Catálise Heterogênea:- catalisador e reagentes em estados físicos diferentes.- Exemplo:

7. Equação Cinética ou Lei da Velocidade da Reação

A velocidade instantânea de uma reação é obtida através de uma expressão matemática conhecida como:Lei da Ação das Massas ou Lei Cinética

Para uma reação genérica homogênea:

A velocidade instantânea é calculada pela expressão:V = k [A]a [B]b onde:K = constante de velocidade[A] e [B] = concentrações molaresa e b = ordens ou graus

Nas reações elementares (ocorrem em uma só etapa):- As ordens são iguais aos próprios coeficientes

Nas reações complexas (não elementares):- As ordens são iguais aos coeficientes da etapa mais lenta da reação, conhecida por meio do mecanismo da mesma.

Exemplos:I. Reação Elementar:

Lei da velocidade instantânea: II. Reação complexa:

Lei da velocidade instantânea:

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO

1. (EsPCEx)A tabela abaixo indica valores das velocidades da reação (v) em três experimentos e

as correspondentes concentrações em mol/L dos reagentes X e Y em idênticas condições.

O processo químico é representado pela equação abaixo, na qual a, b e c representam os seus coeficientes.

A equação da velocidade desse processo é:

a)b)c)d)e)

2. (EsPCEx)As quantidades de energia envolvidas nos processos de transformação de um alceno

em um alcano, com e sem catalisador, encontram-se representadas no gráfico abaixo.

Sobre esses processos de transformação, são feitas as seguintes afirmações:

1. A reação catalisada possui uma única etapa;2. A variação de entalpia é igual a 32;3. As reações são exotérmicas;4. A reação não catalisada possui um complexo ativado.

É correto o que se afirma apenas em

a) 1 e 2b) 1 e 4c) 2 e 3d) 2 e 4e) 3 e 4

3. (EsPCEx) Para cozinhar os alimentos mais rapidamente, uma cozinheira utiliza uma panela de

pressão com os alimentos imersos em água. Ao colocar a panela sobre o fogo, sabemos que os alimentos são cozidos mais rapidamente porque

a) O aumento da pressão no interior da panela de pressão provoca um decréscimo na temperatura de ebulição da água em seu interior;

b) Ponto de ebulição da água que envolve os alimentos aumenta.c) A água em seu interior se expande, diminuindo a pressão.d) Aumento da temperatura reduz a pressão no interior da panela.e) As paredes da panela são espessas, o que a torna um recipiente adiabático

perfeito.

4. (EsPCEx)No processo industrial da produção de uma substância F, onde a energia total dos

produtos é menor do que a da matéria-prima A, são necessárias várias etapas, como descritas nas equações abaixo:

(I)(II)(III)

O gráfico “energia” versus “caminho da reação” que melhor representa o processo global de produção de F é:

5. (EsPCEx) Com base nas equações da questão anterior, são feitas as seguintes afirmações:

I. E é o complexo ativado da reaçãoII. A e B são apenas os reagentes do processo industrial.III. A expressão da velocidade é dada por IV. A equação global é .

Está(ão) correta(s) apenas a(s) alternativa(s):

a) II e IIIb) I e IVc) IVd) IIIe) II e IV

6. (EsPCEx)O airbag, dispositivo de segurança usado em automóveis, é inflado pelo gás

nitrogênio, produzido segundo a reação:

No caso da expansão desse equipamento se completar com 42,0 g de gás nitrogênio, e da velocidade de consumo do nitreto ser de 20 mols/s, o tempo necessário para a referida expansão será:

a) 0,025b) 0,075c) 0,09d) 0,05e) 0,06

7. (EsPCEx)Em determinada experiência, a reação de combustão total do álcool etílico está se

processando numa velocidade de 1,0 mol/min. Portanto, a velocidade de formação do CO2, nestas condições, em mol/min, é:

a) 0,5b) 1,0c) 2,0d) 3,0

8. (EsPCEx)Num laboratório, observou-se que a velocidade de formação dos produtos através da

reação

é independente da concentração de A e fica 8 (oito) vezes maior quando dobramos a concentração de B.

Determine a expressão da velocidade da reação, admitindo-se que K é a constante de velocidade específica:

a)b)c)d)