Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química Ensino Médio, 2ª Série CINÉTICA QUÍMICA

Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química

Ensino Médio, 2ª Série

CINÉTICA QUÍMICA

O que as imagens abaixo têm em comum?

2

Formação de cavernas...

Corrosão de metais por ferrugem...

Explosão de dinamites...

Queima do cigarro...

QUÍMICA, 2º AnoCinética Química

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O segredo é a velocidade!• Para formar as estalactites e estalagmites de

uma caverna, demora milhares (ou milhões) de anos;

• A corrosão de um metal demora alguns meses (ou anos);

• Um cigarro é consumido em cerca de 1 minuto;

• Uma dinamite explode instantaneamente.

3


Cinética Química é...• O estudo da velocidade das reações químicas!• A velocidade média vm (ou rapidez) de uma reação

química é...• A relação entre o que foi consumido (ou formado) e

o tempo transcorrido.• Para a reação: aA + bB cC + dD• Temos, matematicamente:

4

Em termos de quantidade de matéria

t

n

t

nv PRODREAGm


Atenção!• Em aA + bB cC + dD: a, b, c e d são os coeficientes

estequiométricos da equação química balanceada;• Na equação da velocidade média, o sinal negativo no 1º

membro significa que o número de mols (quantidade de matéria) está diminuindo, ou seja, que o reagente está sendo consumido;

• Se não quisermos trabalhar com números negativos, podemos colocar o módulo matemático na equação:

5

t

n

t

nv PRODREAGm


E se...• A situação problema fornecer os dados de

concentração para reagentes e produtos, em vez da quantidade química (número de mols), utilizamos:

• Quisermos saber a relação entre as velocidades médias de reagentes e produtos, temos:

6

t

D

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C

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B

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][][][][

d

v

c

v

b

v

a

vDCBA mmmm Relação entre velocidades

Em termos de quantidade de matéria

a, b, c, d = Coeficientes estequiométricos


Podemos observar como variam as concentrações e a velocidade graficamente:

7

A concentração dos reagentes diminui

com o tempo

A concentração dos produtos aumenta

com o tempo

E a velocidade diminui


[R]

tempo tempo tempo

I II III

velocidade[P]

Teoria das Colisões• Condições para ocorrência das reações:1. afinidade entre os reagentes;2. contato apropriado entre os reagentes.

8

Ocorre reação:

Não ocorre reação:

Complexo Ativado

Antes da reação Após a reação

Antes da reação Após a reaçãoComplexo Ativado


A velocidade das reações depende...• da frequência dos choques;• da energia (violência) dos

choques colisões eficazes;• da orientação apropriada das

moléculas.

9

QUÍMICA, 2º AnoCinética Químicac

X Y Z W

+ +

+

Geometria adequada para a formação Z e W

Geometria inadequada para a formação Z e W

Complexo Ativado• Estado intermediário (de transição) entre reagentes

e produtos.Reagentes Complexo Ativado Produtos

Reação do tipo:A + B C + D

EAB = Energia do Complexo AtivadoEA+B = Energia dos ReagentesEC+D = Energia dos Produtos


A B AB C D

+ +

energia de ativação

reagentes complexo produtos

energia de formação

+

+

EAB

EA+B

EC+D

Energia de Ativação (Ea)• Energia mínima necessária que os reagentes

devem ter para a formação do complexo ativado.

Energia de Ativação = Barreira

Podemos entender a energia de ativação como uma barreira que os reagentes devem ultrapassar para chegar no complexo ativado!


Energia (kcal/mol)

Complexo ativado

Caminho da reação

Reagentes

Energia (kcal/mol)

Complexo ativado

Caminho da reação

Reagentes Produtoc

E2

E3

E1

b

Energia (kcal/mol)

Complexo ativado

Caminho da reação

Reagentes

Produto

c

b

E2

E3

E1

Como varia a Energia de Ativação com a Velocidade?

12

Reação endotérmica

Ea = ECA - EReag

Ea = Energia de ativaçãoECA = E2 = Energia do complexo ativadoEReag = E1 = Energia dos reagentes

Quanto maior a Ea, menor será a velocidade

Reação exotérmica

Ea Sempre será POSITIVA! (Ea >0)

b = Ea

c = H


Atividade Experimental – Decomposição da Água Oxigenada

• Recipiente A: água oxigenada apenas• Recipiente B: água oxigenada com batata

inglesa• Recipiente C: água oxigenada com iodeto de

potássio (KI)• Dica 1: Preencha os recipientes com o mesmo

volume de água oxigenada.• Dica 2: Tente adicionar a batata inglesa e o

iodeto de potássio no mesmo instante.


Questões para discussão01. Descreva o que fora observado nos recipientes A, B e C.02. Em algum recipiente há desprendimento de gás? Qual (quais)?03. Se mais de um recipiente desprende gás, em qual haverá maior

desprendimento num tempo de 20 segundos, por exemplo?04. Se houve desprendimento de algum gás, temos como descobrir que gás

foi formado? Descreva um teste simples.05. Tocando os recipientes A, B e C (por fora), o que podemos dizer sobre a

energia (entalpia) envolvida no processo?06. Para que servem a batata inglesa e o KI nos recipientes B e C,

respectivamente?07. Escreva a equação química balanceada para a decomposição da água

oxigenada.08. A decomposição da água oxigenada é uma reação endotérmica ou

exotérmica?


Atividade Experimental – Análise com comprimido efervescente

• Recipiente A: Água morna com um pedaço de Sonrisal• Recipiente B: Água gelada com um pedaço de Sonrisal• Recipiente C: Água normal com um Sonrisal inteiro• Recipiente D: Água normal com um Sonrisal triturado

• Dica 1: Tente colocar volumes iguais nos recipientes.• Dica 2: Para diminuir o número de comprimidos

efervescentes, pode-se cortá-los ao meio e medir suas massas numa balança de precisão.


Atividade Experimental – Análise com comprimido efervescente

01. Considerando os recipientes A e B, onde o Sonrisal se desfez mais rapidamente? Por quê?

02. Entre os recipientes C e D, onde o Sonrisal se desfez mais rapidamente? Por quê?

03. Nos recipientes observados, houve desprendimento de gases? Se houve, é possível afirmar qual gás foi formado?

04. Descreva uma maneira de confirmar o desprendimento do gás eventualmente formado.

05. Investigando a composição química do Sonrisal, descreva a equação química do processo ocorrido nos recipientes.


Fatores que influenciam a velocidade de uma reação química

Aumento da Concentração

Por que abanamos o fogo?

Num churrasco (ou numa situação como a da figura ao lado), ao abanarmos o fogo, aumentamos a concentração de gás oxigênio (O2) disponível para ser queimado.

Consequentemente, a velocidade da reação aumentará, fazendo com que a labareda aumente!


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Temperatura

Para que serve a geladeira?

Colocamos alimentos na geladeira para conservá-los. A baixa temperatura da geladeira diminui a velocidade das reações químicas responsáveis por apodrecer alimentos, como carnes e legumes


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Superfície de contato

Quer cozinhar batatas mais rapidamente?

Se colocarmos as batatas em pequenos pedaços para cozinhar, economizaremos gás de cozinha.Ao fatiarmos a batata, aumentamos seu contato com a água quente, fazendo com que cozinhe mais rapidamente!


Imagem:Tilmann at the German language Wikipedia / GNU Free Documentation License.

O que é catalisador químico?

20

Tioglicolato de Amônio

Afinal, pra que serve mesmo o tal tioglicolato de amônio?

Informação retirada de um site de venda do produto


Catalisador Tângara QuímicoDesenvolvido para acelerar as reações químicas a base de Tioglicolato de Amônio

Benefícios: Acelera as reações químicas a base de Tioglicolato de Amônio em cabelos naturas, coloridos ou descoloridos. Tioglicolato de Amõnio – Ativo destinado a aceleração da ação redutora nos processos com Tioglicolato de Amônio.

Imagem: Rune.welsh at the wikipedia project / Public Domain.

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O que é catalisador químico?• Catalisadores são substâncias que

aumentam a velocidade das reações químicas, sem serem efetivamente consumidos.

• Atenção: Os catalisadores podem ser regenerados após a reação ocorrer.

• Catalisadores fazem parte de nossa vida, como no caso das colas Epóxi, em que uma das massas é o catalisador – que acelera o endurecimento da cola.


Imagem: Dzhang2680 / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

Por que tais Fatores influenciam a velocidade?

• Explicações baseadas no princípio:

Quanto maior o número de colisões Maior a velocidade

1. Temperatura (T)• Quanto maior a temperatura Maior a agitação Maior

o número de choques Maior velocidade.

2. Superfície de contato (SC)• Quanto maior a SC Maior o número de choques

Maior velocidade.22


Por que tais Fatores influenciam a velocidade?

3. Concentração dos reagentes• Quanto maior a concentração dos reagentes

maior número de choques Maior velocidade.

4. Catalisador• Aumenta a velocidade das reações,

diminuindo a energia de ativação.


Como atua o catalisador?

Enzimas são catalisadores naturais

Fique Atento!Inibidores são

substâncias que diminuem a

velocidade das reações!


Energia de ativação

sem enzima

Energia total liberada na reação (H)

Coordenada de reação

Maior Energia de Ativação!

Menor Energia de Ativação!

Energia

Sem enzima

Energia de ativação com enzima

Coordenada de reação

com enzima

Reagentese.g. C5 H12 O6 + O2

Produtos CO2 + H2O

Mecanismo de Reação• Sequência em que ocorre uma reação química

Conjunto de etapas;• Mecanismo é o conjunto das reações

elementares (etapas);• Reação elementar Reação que ocorre

numa só etapa.

• Somatório das reações elementares = Reação global

• Etapa lenta Determina a lei de velocidade25


Lei de Velocidade• A velocidade das reações é proporcional às

concentrações dos reagentes:aA + bB cC + dD

• x, y = Ordens da reação. Expoentes Experimentais;

• x + y = Ordem global da reação.

26

yx BAkv ][][


Fique Atento!• Nas reações elementares, os expoentes x e y são

iguais aos coeficientes estequiométricos (a e b):

• Molecularidade é o número de moléculas que se chocam em cada reação elementar.

• Em reações com mais de uma etapa (com mecanismo), sempre haverá uma etapa lenta e ela determinará a Lei de Velocidade:

• Os expoentes x e y serão iguais aos coeficientes estequiométricos dos reagentes na etapa lenta.

ba BAkv ][][


Só pra ilustrar a complexidade de Mecanismo

28

Em Química Orgânica, usamos mecanismos complexos para explicar a

ocorrência de uma reação química.


O O OH PBr3

CH3CH2 C OH CH3CH2 C Br CH3CH C Br

Br Br

O O OH H2O -HCH3CH2 C OH CH3CH2 C Br CH3CH C Br + Br H Br Br Br

++

+

Chuva Ácida

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Peixes morrem pela alteração do pH dos rios...


Imagens: (a) Gentle / GNU Free Documentation License, (b) Thegreenj / GNU Free Documentation License.

Esculturas se degradam mais rapidamente...

Chuva Ácida

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Imagem: (c) Gavin Schaefer (Uxud) / GNU Free Documentation License.

N2 + 2O2 + H2O HNO3 + HNO2 (Nitrogênio)2SO2 + O2 + 2H2O 2H2SO4 (Enxofre)

A poluição de fábricas e veículos reage com o vapor de água das nuvens para formar os ácidos.

SO2 Dióxido de

enxofreNO e NO2 Óxidos de nitrogênio

A química da chuva

Formação de Chuva ÁcidaCom Nitrogênio:N2(g)+ O2(g) 2NO(g)

2NO(g) + O2 2NO2(g) (Etapa Lenta) 2NO2(g) + H2O(l) HNO3(aq) + HNO2(aq)

• Reação global:N2(g) + 2O2(g) + H2O(l) HNO3(g) + HNO2(g)

• Lei de Velocidade:

31

12

2 ][][ ONOkv


Formação de Chuva ÁcidaCom Enxofre:

2SO2(g) + O2 2SO3(g) (Etapa Lenta) SO3(g) + H2O(l) H2SO4(aq)

• Reação global:2SO2(g) + O2(g) + 2H2O(l) 2H2SO4(aq)

• Lei de Velocidade:1

22

2 ][][ OSOkv


Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso

2a (a) Snoopy1974 / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/

File:Corrosion_r44.JPG29/03/2012

2b (b) U.S. Navy photo by Mass Communication Specialist 2nd Class Aaron Burden / Public Domain.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:US_Navy_090422-N-7130B-318_A_fireball_erupts_as_dynamite_and_TNT_are_used_to_clear_boulders.jpg

29/03/2012

2c (c) Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic Creative Commons Attribution 2.0 Generic.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nerja_cave.jpg

29/03/2012

2d (d) Andrew Magill / Creative Commons Attribution 2.0 Generic.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cigarette_ash.jpg

29/03/2012

17 Hedwig Storch / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Barbecue_DSCF0013.JPG

30/03/2012

18 W.J.Pilsak at de.wikipedia / GNU Free Documentation License.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kuehlschrank.jpg

30/03/2012

19 Tilmann at the German language Wikipedia / GNU Free Documentation License.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kartoffeln_der_Sorte_Marabel.JPG

30/03/2012

20a Hmwith / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hair_straightening_before_and_after.jpg

30/03/2012

20b Rune.welsh at the wikipedia project / Public Domain.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ammonium_thioglycolate.png

30/03/2012

21 Dzhang2680 / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Epoxy.jpg

30/03/2012

Tabela de Imagens

Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso

29a (a) Gentle / GNU Free Documentation License. http://commons.wikimedia.org/wiki/

File:Dead_Fishes_on_the_shores_of_Salton_City.jpg

30/03/2012

29b (c) Thegreenj / GNU Free Documentation License.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Darkcupid.jpg

30/03/2012

30 (c) Gavin Schaefer (Uxud) / GNU Free Documentation License.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Heavy_night_industrial_light_pollution.jpg

30/03/2012

Tabela de Imagens

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