CINÉTICA QUÍMICA

CINÉTICA QUÍMICA Ithiara Dalponte

[email protected]

Tópicos

1. Velocidade das reações químicas

1.1 Introdução

1.2 Cálculo da Velocidade média de uma reação química

1.3 Velocidade e a estequiometria de uma reação química

2. Como as reações ocorrem?

2.1 Condições fundamentais

2.2 Teoria das Colisões

3. Efeito da Temperatura na velocidade das reações

4. Efeito da Concentração dos Reagentes

4.1 Lei Cinética da velocidade

4.2 O mecanismo das reações

4.3 Ordem e Molecularidade das reações

5. Efeito dos catalisadores

5.3 Ação do catalisador

Cinética Química é o estudo da velocidade das reações químicas e dos

fatores que influenciam esta velocidade.

1. Velocidade das reações químicas

1.1 Introdução

1.2 Velocidade Média de uma Reação Química

• Em Física o estudo da velocidade diz respeito ao deslocamento de um

corpo por unidade de tempo:

• Na Química, medir a velocidade de uma reação significa medir a

quantidade de reagente que desaparece ou a quantidade de produto que

se forma, por unidade de tempo.


• À medida que a reação se processa, reagentes N2 e H2 vão

sumindo (isto é, vão sendo consumidos) e o produto NH3 vai

aparecendo (isto é, vai sendo produzido). Logo, se a reação for

completa e em quantidades estequiométricas representamos o

fenômeno pelo gráfico:


• Velocidade média de consumo de N2 :

• Velocidade média de formação de NH3 :

• Velocidade média de consumo de H2 :

Velocidade média de uma reação química é o quociente da variação da

concentração molar (mol/L) de um dos reagentes ou produtos pelo

intervalo de tempo em que esta variação ocorre.

A reação de decomposição da amônia gasosa foi realizada em um recipiente

fechado:

A tabela abaixo indica a variação na concentração de reagente em função do tempo:

Qual é a velocidade média de consumo do reagente nas duas primeiras horas de

reação?

E qual a velocidade média de formação de N2 ?

Exemplo 1.2

Concentração de NH3 em mol/L 8,0 6,0 4,0 1,0

Tempo em horas 0,0 1,0 2,0 3,0

Estequiometria!

Podemos expressar a velocidade de uma reação química por um único valor,

sem precisar especificar a quem estamos nos referindo (reagentes ou

produtos):

Velocidade média única de reação:

Onde a, b, c e d são os coeficientes estequiométricos dos reagentes e

produtos.

1.3 Velocidade Média e a estequiometria

Por exemplo: • A velocidade de consumo de NH3 é duas vezes maior que a velocidade de formação de N2

•A velocidade de consumo de NH3 é dois terços da velocidade de formação de H2; • A velocidade de formação de H2 é três vezes maior que a velocidade de formação de N2.

1.3 Velocidade Média e a estequiometria

Duas condições são necessárias para duas (ou mais) substâncias reagirem

quimicamente:

a) Contato do modo mais eficaz possível. Quanto maior a superfície de

contato, maior a velocidade da reação. Em geral, substancias no estado

gasoso reagem mais facilmente do que no estado líquido, e neste, mais

rapidamente do que no estado sólido.

b) Afinidade Química – fator que depende da própria natureza das

substâncias envolvidas.

2. Como as reações ocorrem?

2.1 Teoria das Colisões

a. Frequência dos choques entre as moléculas;

b. Energia (violência) dos choques;

c. Orientação apropriada das moléculas no instante do choque.

aumento da frequência de choques

aumento da energia do choque

Energia de Ativação – trata-se de um “empurrão” inicial necessário para

levar os reagentes a um estado ativado. O carvão não pega fogo sozinho,

precisamos aquecê-lo para que atinja o estado incandescente e a partir daí

ele queimará sozinho:

3. Efeito da Temperatura na velocidade das reações

aumento da velocidade da reação

aumento da Temperatura

Energia de Ativação - é a energia mínima que as moléculas devem

possuir para reagir, ao se chocarem (colisão efetiva)

• Portanto, a energia de ativação é uma barreira que deve ser vencida para

que a reação ocorra. Quanto menor for a energia de ativação, maior a

velocidade da reação.

aumento da frequência dos choques

4. Efeito da Concentração dos Reagentes na velocidade

das reações

aumento da Concentração aumento da velocidade da reação


Fórmula genérica da lei cinética:

m e n são determinados

experimentalmente.

A velocidade de uma reação é proporcional às concentrações molares

dos reagentes, elevadas a expoentes determinados experimentalmente.

k constante de velocidade ou constante cinética dependente

principalmente da temperatura

[A] concentração do reagente A em mol/L

[B] concentração do reagente B em mol/L

Reações Elementares

Uma reação elementar é aquela que ocorre em uma só etapa. Na

equação da Lei Cinética, os expoentes são os coeficiente estequiométricos

dos reagentes.

Supondo que a reação hipotética abaixo, seja elementar:

A Lei Cinética fica:

Cuidado! Esta expressão é valida apenas para reação elementar!!!!


Reações Não Elementares

Ocorrem por meio de duas ou mais etapas elementares.

Exemplo 1)

Mantendo a temperatura constante e realizando 3 experiências em laboratório

foi possível obter a equação da lei cinética da velocidade para a reação acima

Lei da Velocidade:


Exemplo 2)

Mantendo a temperatura constante e realizando 3 experiências em laboratório,

foi possível obter a equação da lei cinética da velocidade para a reação acima.

Lei da Velocidade:


Por que a fórmula da velocidade de uma reação deve ser

determinada experimentalmente?

A reação a seguir:

Ocorre em duas etapas elementares:

(etapa lenta)

(etapa rápida)

reação global

4.2 O Mecanismo das reações

Mecanismo de uma reação é o conjunto das reações elementares

pelas quais passa uma reação global

Portanto, é importante conhecer o andamento ou mecanismo da reação para

entender a sua velocidade. É importante lembrar que o mecanismo e a

velocidade de uma reação só podem ser determinados experimentalmente.

4.2 O Mecanismo das reações

É etapa lenta que determina a lei cinética de velocidade para as

reações não elementares, portanto, no exemplo apresentado:

(etapa lenta)

Para a reação do exemplo:

A sua velocidade é :

• A ordem em relação ao NO2 é 2, ou de segunda ordem;

• A ordem em relação ao CO é zero;

• A ordem global da reação é 2, ou segunda ordem. (2+0=2)

4.3 Ordem e Molecularidade das reações

Ordem de uma reação é a soma dos expoentes que aparecem na

fórmula da velocidade.

Molecularidade de uma reação é o número de moléculas que se

chocam em cada reação elementar.

A reação abaixo praticamente não ocorre em temperatura ambiente, porém, se

adicionarmos um pouco de platina em pó, a mistura reagente explodirá no

mesmo instante:

A platina agiu como catalisador da reação.

Catálise Homogênea:

Catálise Heterogênea:

5. Efeito dos Catalisadores na velocidade das reações

Catalisador é a substância que aumenta a velocidade de uma reação,

sem ser consumida durante o processo.

Independente do mecanismo da catálise, a ação do catalisador sempre é criar

um caminho com energia de ativação menor. Exemplo:


Importante:

O catalisador não altera o rendimento da reação, apenas permite obter

os produtos mais rapidamente;

O catalisador não muda o ΔH da reação;


ATKINS, P. W.; JONES, Loretta. Princípios de química: questionando a vida

moderna e o meio ambiente. Porto Alegre: Bookman, 2012.

FELTRE, Ricardo. Química. 6. ed. São Paulo: Moderna, 2004. 2 v.

6. Referências Bibliográficas

Documents

CINÉTICA QUÍMICA