CINÉTICA QUÍMICA Estuda a velocidade (rapidez) das reações

CINÉTICA QUÍMICA
Estuda a velocidade (rapidez) das reações.
Exemplo a síntese do HCl:
H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g)
TEORIA DAS COLISÕES
Para que ocorra uma reação química, os reagentes devem ter uma certa afinidade.
a) colisão entre os reagentes;
b) colisão numa geometria (posição) favorável à formação do produto;
c) energia suficiente.
Representando graficamente o caminho da reação
FATORES QUE ALTERAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES
TEMPERATURA
Alimentos se estragam cerca de quatro vezes mais
rápido a temperatura ambiente (25ºC) do que quando
guardados em geladeira (5ºC). (Decomposição)
O cozimento dos alimentos em panela de pressão
(110ºC) é mais rápido do que em panela aberta
(100ºC). (Cozimento)
Vinhos azedam mais rapidamente se guardados em
locais aquecidos.(Oxidação)
A regra de Van’ Hoff
Formulou experimentalmente uma regra
- um aumento de 10ºC na temperatura duplica a
velocidade de uma reação química.
CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES
quantidade de reagentes
SUPERFICIE DE CONTATO
a fragmentação do sólido acelera a reação
CATALISADOR
substância que aumenta a velocidade da reação
Representando graficamente
Exercícios
1. Considere a reação de decomposição do carbonato de cálcio:
Verifica-se que a 800ºC, 400g de CaCO3 são totalmente consumidos em 20 minutos.
Calcule:(Dados: M CaCO3 = 100g/mol e volume molar a 800ºC e 1 atm = 90L/mol)
a) a velocidade de consumo do CaCO3 em g/min;
b) a velocidade de formação do CaO em mol/min;
c) a velocidade de formação do CO2 em L/min a 800ºC e 1 atm
2. (FUVEST) Foram realizados quatro experimentos. Cada um deles consistiu na adição de
solução aquosa de ácido sulfúrico de concentração 1 mol/L a certa massa de ferro. A 25ºC e 1
atm, mediram-se os volumes de hidrogênio desprendido em
função do tempo. No final de cada experimento, sempre sobrou ferro que não reagiu. A tabela
mostra o tipo de ferro usado em cada experimento, a temperatura e o volume da solução de
ácido sulfúrico usado. O gráfico mostra os resultados.
As curvas de 1 a 4 correspondem, respectivamente, aos experimentos:
3. (PUC-SP/2005) O pentóxido de dinitrogênio decompõe-se segundo a equação:
A cinética dessa decomposição é acompanhada a partir da variação da concentração de gás
oxigênio (O2) em função do tempo. Foram feitos dois experimentos, um a 45ºC (linha cheia) e
outro a 55ºC (linha tracejada). O gráfico que representa
corretamente os dois ensaios é:
4. (FUVEST) Na reação representada pela equação química
o perfil energético com e sem catalisador, é o seguinte:
a) Calcule a energia envolvida por mol de NH3 formado. O processo é endotérmico ou
exotérmico?
b) Calcule as energias de ativação para esta reação na ausência
e na presença de catalisador.
EQUILÍBRIO QUÍMICO
Existem reações químicas que podem ocorrer tanto no sentido direto como no inverso.
Por exemplo, ao se adicionar o NO2 num frasco, ocorre a seguinte reação:
2NO2(g) → 1N2O4(g)
Da mesma forma, caso se adicione o N2O4 num frasco vazio, ocorrerá sua decomposição, de
acordo com a equação:
1N2O4(g) → 2NO2(g)
Essas equações mostram que as substâncias NO2 e N2O4 podem se transformar uma na outra, e é
isso que chamamos de reação reversível. Na prática, este tipo de reação ocorre simultaneamente
num mesmo frasco, e este fenômeno é estudado nos chamados equilíbrios químicos.
Considere agora uma reação reversível genérica:
Sejam v1 e v2 as velocidades das reações direta e inversa, respectivamente. Sabe-se que:
v1 = k1 [A] [B] e v2 = k2 [C] [D]
No início da reação, isto é, no instante em que se adicionam a mols de A e b mols de B, v1
assume o seu valor máximo porque [A] e [B] têm seus valores máximos. Com o decorrer do
tempo, [A] e [B] vão diminuindo, pois A e B vão sendo consumidos na reação e,
conseqüentemente, v1 vai diminuindo.
Representando a variação das velocidades das reações direta e inversa em função do tempo
obtemos um gráfico do seguinte tipo.
CONSTANTE DE EQUILIBRIO
Como, no equilíbrio, as concentrações de todas as substâncias permanecem constantes, pode-se
definir a chamada constante de equilíbrio em termos de concentração (Kc).
Seja a reação reversível abaixo:
aA + bB ↔ cC + dD
Veja exemplos:
2NO2(g) ↔ 1N2O4(g)
N2(g) + 3H2(g) ↔2NH3(g)
Para equilíbrios que envolvem sólidos ou solventes, estes não são escritos na expressão do Kc.
CO2(g) + C(s)2 ↔ CO(g)
CO2(aq) + H2O(l) ↔ H+(aq) + HCO–3(aq)
DESLOCAMENTO DE EQUILÍBRIO
Um sistema está em equilíbrio quando possui a mesma velocidade de reação tanto no sentido
direto como no inverso. Uma perturbação externa tende a tirar esse sistema do
estado de equilíbrio e, como resposta, ele irá se deslocar para direita (sentido reagentes →
produtos) ou para esquerda(sentido produtos → reagentes), para tentar anular a perturbação
sofrida.
Essa idéia foi enunciada originalmente, em 1888, pelo químico francês H. L. de Chatelier.
Os fatores capazes de deslocar um equilíbrio são:
• Concentração
• Pressão
• Temperatura
INFLUÊNCIA DA CONCENTRAÇÃO
Pelo princípio de Le Chatelier, um aumento da concentração de uma das substâncias
participantes desloca o equilíbrio no sentido da reação que produz uma diminuição da
concentração dessa substância, portanto, no sentido da reação em que essa
substância é consumida. Por outro lado, uma diminuição na concentração de uma das
substâncias participantes desloca o equilíbrio no sentido da reação que produz um aumento de
sua concentração, portanto, no sentido da reação em que essa substância
é formada. Assim, num equilíbrio:
- um aumento de [A] e/ou [B] desloca o equilíbrio para a direita (→)
- uma diminuição de [A] e/ou [B] desloca o equilíbrio para a esquerda (←)
- um aumento de [C] e/ou [D] desloca o equilíbrio para a esquerda (←)
- uma diminuição de [C] e/ou [D] desloca o equilíbrio para direita (→)
INFLUÊNCIA DA VARIAÇÃO DA PRESSÃO
Pelo princípio de Le Chatelier, um aumento da pressão desloca o equilíbrio no sentido da reação
que produz uma diminuição da pressão, e vice-versa.
Analisemos o efeito do aumento da pressão no equilíbrio seguinte:
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)
4 mols
2 mols
Um aumento da pressão desloca esse equilíbrio para a direita (→) porque com isso diminui o
número de mols e, conseqüentemente, diminui a pressão. Por outro lado, uma diminuição da
pressão irá deslocar o equilíbrio para a esquerda (←) porque com
isso aumenta o número de mols e, conseqüentemente, aumenta a pressão.
INFLUÊNCIA DA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA
Pelo princípio de Le Chatelier, uma elevação da temperatura desloca o equilíbrio no sentido da
reação que produz um abaixamento da temperatura, portanto, no sentido da reação endotérmica
(reação que absorve calor, ΔH _ 0). Pelo mesmo motivo, um abaixamento da temperatura
desloca o equilíbrio no sentido da reação que produz um aumento da temperatura, portanto, no
sentido da reação exotérmica (reação que liberta calor, ΔH _ 0).
O estudo da influência da temperatura nos equilíbrios foi feito pela primeira vez por van’t Hoff,
que enunciou a seguinte lei: Exemplo:
2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(g)
Um aumento da temperatura no equilíbrio acima produz um aumento da quantidade de H2 e O2,
isto é, desloca o equilíbrio no sentido da reação de decomposição do H2O. Uma diminuição da
temperatura desloca esse equilíbrio no sentido da reação de
síntese do H2O.
INFLUÊNCIA DO CATALISADOR
O catalisador não desloca equilíbrio. O catalisador diminui o tempo necessário para ser atingido
o equilíbrio, mas não altera o estado final do equilíbrio.
pH e pOH
(Faap-SP) Qual o pH e o pOH de uma solução de NaOH 0,0001 molar?
a) pH = 4 e pOH = 10
b) pH = 1 e pOH = 13
c) pH = 10 e pOH = 4
d) pH = 13 e pOH = 1
e) pH = 4 e pOH = 14
DESLOCAMENTO DE EQUILIBRIO
1. (UNESP) O equilíbrio gasoso representado pela equação
é deslocado no sentido de formação de NO, se
a) a pressão for abaixada.
b) N2 for retirada do sistema.
c) o volume do recipiente for diminuído.
d) for adicionado um catalisador sólido ao sistema.
e) a temperatura for aumentada.
2. (UNICAMP) O CoCl2 é um sal de cor azul que se hidrata facilmente, passando a CoCl2 ⋅
2H2O, de cor rosa. Enfeites como “gatinhos”, “galinhos” e outros bibelôs são recobertos com
esse sal e mudam de cor em função da umidade do ar.
a) Escreva a equação química que representa o equilíbrio entre o sal anidro e o hidratado.
b) Indique qual a cor dos bibelôs em função do tempo úmido ou seco. Justifique.
3. (UNESP) Em recipiente fechado, à temperatura constante, ocorre o seguinte equilíbrio em
fase gasosa:
Explique os efeitos que provocam nesse equilíbrio:
a) a adição de N2 gasoso ao recipiente;
b) o aumento da pressão sobre o sistema