Cinética Química
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Cinética Química Prof. Alexandre D. Marquioreto Cinética Química Estuda as velocidades, mecanismos e os fatores que podem interferir nas reações químicas. Lentas Reações Químicas Rápidas Cinética Química Reação Rápida 2 H2(g) + 1 O2(g) Faísca 2 H2O(v) Cinética Química Reação Lenta Cinética Química Número de moléculas. A B Moléculas de B Moléculas de A tempo (s) Cinética Química Velocidade Média (Vm) É o quociente entre a variação das quantidades, dos reagentes (∆r) ou dos produtos (∆p), e o intervalo de tempo (∆t) no qual essa variação ocorreu. V = ∆ quantidade ∆ tempo Vm = ∆ [ ] (mol/L) ∆ tempo Obs.: As quantidades podem ser expressas em massa, volume (para gases), número de mol. O tempo pode ser expresso em hora (h), minuto (min) e segundo (s). Cinética Química Velocidade Média (Vm) [ ] mol/L. A B Moléculas de B Vm = ∆ [ B ] (mol/L) ∆t (s) Moléculas de A Vm = - ∆ [ A ] (mol/L) ∆t (s) tempo (s) Cinética Química Curva de decomposição H2O2 I) Vm = - (0,5 – 0,8) 10 Vm = 0,03 mol/L . min II) Vm = - (0,3 – 0,5) 10 Vm = 0,02 mol/L . min III) Vm = - (0,2 – 0,3) 10 Vm = 0,01 mol/L . min Cinética Química Velocidade Média (Vm) Como calcular a velocidade média de uma reação quando a proporção entre o número de mols é diferente? 2 H2O2(aq) Proporção 2 2 H2O(l) + 1 O2(g) 2 1 Cinética Química 2 H2O2(aq) 2 H2O(l) Velocidade de consumo Velocidade de formação Velocidade de formação Vm = - ∆ [H2O2] ∆t Vm = ∆ [H2O] ∆t Vm = ∆ [O2] ∆t Vm reação = Vm H2O2 2 = Vm H2O 2 + = 1 O2(g) Vm O2 1 Cinética Química Condições para uma reação ocorrer Natureza dos reagentes Contato entre eles Eficiência dos choques Energia de ativação Cinética Química Teoria da Colisão Geometria favorável NO N2 + O2 Geometria desfavorável N2 O2 Cinética Química Teoria da Colisão O2 N2 Reagentes O--------N 2 NO Produtos O--------N Complexo Ativado Estado intermediário formado entre reagentes e produtos Cinética Química Teoria da Colisão Para que as colisões se tornem favoráveis é preciso que haja um mínimo de energia, sendo essa conhecida Energia de ativação. Energia de Ativação é a quantidade mínima de energia necessária que deve ser fornecida aos reagentes para a formação do complexo ativado e, consequentemente, para a formação do produto. Cinética Química Reações que exigem menor energia de ativação ocorrem mais rapidamente Cinética Química Fatores que Influenciam na Velocidade de uma Reação Superfície de Contato Quanto maior a superfície de contato dos reagentes envolvidos, maior a velocidade da reação. Cinética Química Fatores que Influenciam na Velocidade de uma Reação Superfície de Contato Cinética Química Fatores que Influenciam na Velocidade de uma Reação Luz (Fotólise) 1 H2(g) + 1 Cl2(g) 1 H2(g) + 1 Cl2(g) Escuro Luz 2 AgBr(sólido castanho-avermelhado) 2 HCl(g) (reação muito lenta) 2 HCl(g) (reação rápida) Luz 2 Ag(s) + 1 Br2(l) Cinética Química Fatores que Influenciam na Velocidade de uma Reação Temperatura Ao aumentar a temperatura da reação ocorre absorção de energia, e com isso, um aumento da energia cinética das moléculas que se movimentam rapidamente, havendo maior colisões entre elas, tendo desse modo, uma velocidade mais rápida. Cinética Química Fatores que Influenciam na Velocidade de uma Reação Pressão Aumentando a pressão de um sistema gasoso, implica maior contato entre os reagentes, diminuindo o volume. Assim, possibilitará maior número de colisões entre as partículas e, consequentemente, aumento na velocidade de reação. Cinética Química Fatores que Influenciam na Velocidade de uma Reação Presença de Catalisador Tem a função de reduzir a energia de ativação da reação, para que o reagente chegue mais rapidamente na formação do complexo ativado, formando o produto. No entanto, não pode participar da reação, sendo regenerado no final. Cinética Química Catálise Homogênea O catalisador forma com os reagentes um sistema monofásico. Etapa I: 2 SO2(g) + 2 NO2(g) Etapa II: 2 NO(g) 2 SO3(g) + 2 NO(g) + 1 O2(g) 2 NO2(g) Reação global: 2 SO2(g) + 1 O2(g) 2 SO3(g) Catálise Heterogênea O catalisador forma com os reagentes um sistema polifásico. 2 SO2(g) + 1 O2(g) V2O5(s) 2 SO3(g) Cinética Química Fatores que Influenciam na Velocidade de uma Reação Presença de Catalisador Cinética Química Fatores que Influenciam na Velocidade de uma Reação Inibidores Diminuem a velocidade da reação porque aumentam a energia de ativação necessária para os reagentes atingirem o complexo ativado. Sua função está relacionada à ação conservante de alimentos perecíveis, retardando a degradação natural de produtos como alimentos, bebidas, cosméticos e remédios. Cinética Química Fatores que Influenciam na Velocidade de uma Reação Concentração dos Reagentes Quanto maior a concentração de partículas dos reagentes, maior será o número de colisões efetivas e consequentemente maior a velocidade da reação. Cinética Química Lei da Ação das Massas (1864), Cato Guldberg e Peter Waage “A cada temperatura, a velocidade de uma reação é diretamente proporcional ao produto das concentrações em quantidade de matéria dos reagentes, elevadas a expoentes determinados experimentalmente.” Cinética Química Lei da Ação das Massas aA + bB cC + dD V = k [A] [B]β K é uma constante da velocidade a uma dada temperatura. e β são experimentalmente. expoentes determinados Cinética Química Reação Elementar Quando a reação química se desenvolve em uma única etapa, dizemos que a reação é elementar. Numa reação elementar, os expoentes a que devem ser elevadas as concentrações dos reagentes na expressão da velocidade são os próprios coeficientes dos reagentes na equação balanceada. aA + bB cC + dD V = k [A]a [B]b Cinética Química Reação Elementar 1 H3O+ + 1 OH- 2 H2 O V = k [H3O+]1. [OH-]1 “A velocidade da reação de formação da água é proporcional ao produto de uma constante ( que depende apenas da temperatura) pela concentração em quantidade de matéria do cátion hidrônio elevado a 1ª potência, multiplicado pela concentração em quantidade de matéria do ânion hidróxido, também elevava a 1ª potência”. Cinética Química Reação Não-Elementar Quando a reação se desenvolve em duas ou mais etapas distintas, a velocidade da reação depende apenas da velocidade da etapa lenta, sendo essa determinante na velocidade da reação. Cinética Química Reação Não-Elementar 2 H2(g) + 2 NO(g) Etapa I 1 H2 + 2 NO Etapa II 1 H2 + 1 N2O 1 N2(g) + 2 H2O(l) 1 N2O + 1 H2O (lenta) 1 N 2 + 1 H 2O Reação global 2 H2(g) + 2 NO(g) V = k [H2] . [NO]2 (rápida) 1 N2(g) + 2 H2O(l) Cinética Química Reação Não-Elementar Energia / kcal . mol-1 2 H2(g) + 2 NO(g) 1 N2(g) + 2 H2O(l) Ea(I) Ea(II) 1 H2 + 2 NO 1 N 2O + 1 H 2O Etapa I 1 H2 + 1 N2O 1 N2 + 1 H 2O Etapa II Caminho da reação Cinética Química Ordem de uma reação Chama-se de ordem de uma reação a soma de todos os expoentes que aparecem na expressão da velocidade da reação. aA + bB + cC + ... dD + eE + fF + ... V = k [A]a . [B]b . [C]c Ordem da reação: a + b + c Cinética Química Ordem de uma reação A ordem de uma reação também pode ser expressa em relação a um determinado reagente: Cinética Química Ordem de uma reação 2 H2(g) + 2 NO(g) 1 N2(g) + 2 H2O(l) V = k [H2] . [NO]2 Cinética Química Ordem de uma reação aA + bB + cC dD + eE + fF Experiência [A] [B] [C] Velocidade mol(L.min-1) 1ª 2 mol/L 3 mol/L 1 mol/L V1 = 0,5 2ª 4 mol/L 3 mol/L 1 mol/L V2 = 2,0 3ª 4 mol/L 6 mol/L 1 mol/L V3 = 2,0 4ª 4 mol/L 6 mol/L 2 mol/L V4 = 16,0 Comparando 1ª e 2ª Comparando 2ª e 3ª V= k [A]2 V = k [B]0 4 V = k [2 A]2 Comparando 3ª e 4ª V= k [C]3 8 V = k[2 C]3 Cinética Química Molecularidade de uma reação Reação Elementar 1 H3O+ + 1 OH- 2 H2 O Molecularidade = 2 ou bimolecular (colisão entre 2 íons) Cinética Química Molecularidade de uma reação Reação Não-Elementar Etapa I 1 H2 + 2 NO Etapa II 1 H2 + 1 N2O 1 N2O + 1 H2O (lenta) 1 N 2 + 1 H 2O Reação global 2 H2(g) + 2 NO(g) (rápida) 1 N2(g) + 2 H2O(l) Molecularidade (EtapaI) = 3 ou trimolecular Molecularidade (Etapa II) = 2 ou bimolecular Cinética Química Referência Bibliográfica http://www.cdcc.usp.br/quimica/ciencia/cavernas.html. Acesso 13/09/2015 Fonseca, Martha Reis Marques da. Química: físico-química. São Paulo: FTD, 2007. Por enquanto é só!! Até a próxima! Valeu pessoal!!
