cinÉtica quÍmica. cinética química parte da química que estuda a velocidade das reações e os...

CINÉTICA CINÉTICA QUÍMICAQUÍMICA

Cinética Química

Parte da Química que estuda a velocidade das reações e os fatores que a influenciam.

Reações QuímicasRápidas Lentas

Moderadas

Cinética Química

Reação Rápida

6 NaN3(l) + Fe2O3(s) 3 Na2O(s) + 2 Fe(s) + 9 N2(g)

faísca

Cinética Química

Reação Moderada

Reação Lenta

Decomposição dos Alimentos

Formação do Petróleo

Cinética Química

A B

t

[ ]

Cinética Química

Velocidade Média (Vm) de uma Reação em Função das Substâncias

É a razão entre a quantidade consumida ou produzida da substância e o intervalo de tempo (∆t) em que isso ocorrreu.

t

AdeãoconcentraçdaiaçãovarVm

t

BdeãoConcentraçdaVariaçãoVm

Cinética Química

inicialfinal tt

InicialFinal

tVm

t

reagentesVm

t

produtosVm

Velocidade Média (Vm) de uma Reação em Função das Substâncias

Cinética Química

Como calcular a velocidade de uma reação quando a proporção entre o número de mols é diferente?

2 HI(g) H2(g) + I2(g)

A velocidade da variação de concentração do HI é duas vezes maior que a velocidade da variação de concentração do H2

Velocidade Média (Vm) de uma Reação

Cinética Química

C2H2 + 2 H2 => C2H6

Tempo (min)Tempo (min) Quantidade de Quantidade de etano formadaetano formada

00 00

44 1212

66 1515

1010 2020

Cinética Química

C2H2 + 2 H2 => C2H6

Cinética Química

Condições para que ocorra uma ReaçãoCondições para que ocorra uma Reação

Os reagentes devem estar em contato

Afinidade química entre os reagentes

Teoria da ColisãoTeoria da Colisão

As moléculas dos reagentes devem colidir entre si

A colisão deve ocorrer com geometria favorável

Cinética Química

Teoria da ColisãoTeoria da Colisão

Colisão Desfavorável

Colisão Desfavorável

Cinética Química

Teoria da ColisãoTeoria da Colisão

O2 N2

O-------N

O N2 NO

Reagentes

Complexo Ativado

Produtos

Cinética Química

Teoria da ColisãoTeoria da Colisão

Para que a colisão seja efetiva é necessário ainda que os reagentes adquiram uma energia mínima denominada energia de ativação.

Energia de Ativação é a quantidade mínima de energia necessária para que a colisão entre as partículas dos reagentes, feita numa orientação favorável, seja efetiva.

Cinética Química

Complexo Ativado: estado intermediário formado entre reagentes e produtos, em cuja estrutura existem ligações enfraquecidas e formação de novas ligações

O2 N2

O-------N

O N2 NO

ReagentesComplexo

Ativado

Produtos

eficaz

Não eficazI2 + H2

HI + HI

I2 H2

TEORIA DAS COLISÕES:

Cinética Química

Quanto menor for a energia de ativação exigida, maior a velocidade da reação.

Cinética Química

Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação

Superfície de Contato

Cinética Química

Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação

Superfície de Contato

Cinética Química

Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação

Temperatura

Um aumento de temperatura aumenta a velocidade das reações químicas, pois há um incremento na energia cinética das moléculas

Cinética Química

Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação

Presença de Catalisador

É uma substância que aumenta a velocidade da reação, diminuindo a energia de ativação para os reagentes atingirem o complexo ativado. No entanto eles não participam da formação do produto, sendo completamente regenerados no final

Cinética Química

Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação

Presença de Catalisador

Sem catalisador

Com catalisador

Cinética Química

Fatores que Influenciam a 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

(1833-1902), Cato Guldberg e Peter Waage

“A cada temperatura, a velocidade de uma reação é diretamente proporcional ao produto das concentrações dos reagentes, elevadas a expoentes determinados experimentalmente”

Cinética Química

Lei da Ação das Massas

“A cada temperatura, a velocidade de uma reação é diretamente proporcional ao produto das concentrações dos reagentes, elevadas a expoentes determinados experimentalmente”

aA + bB => cC + dD

V = k [A] [B]β

K é uma constante da velocidade a uma dada temperatura

e β são expoentes determinados experimentalmente

Cinética Química

Reação Elementar

aA + bB => cC + dD

V = k [A]a [B]b

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

Cinética Química

Reação Elementar

1 H3O+ + 1 OH- => 2 H2O

V = k [H3O+] [OH-]

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

Cinética Química

Reação Não-Elementar

A etapa lenta é a etapa determinante da velocidade da reação

Quando a reação se desenvolve em duas ou mais etapas distintas, a velocidade da reação depende apenas da velocidade da etapa lenta.

Cinética Química

Reação Não-Elementar

A etapa lenta é a etapa determinante da velocidade da reação

2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O

Etapa I 1 H2 + 2 NO => 1 N2O + 1 H2O (lenta)

Etapa II 1 H2 + 1 N2O => 1 N2 + 1 H2O (rápida)

Reação Global 2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O

Cinética Química

Reação Não-Elementar

2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O

Etapa I 1 H2 + 2 NO => 1 N2O + 1 H2O (lenta)

Etapa II 1 H2 + 1 N2O => 1 N2 + 1 H2O (rápida)

Reação Global 2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O

A velocidade da reação global será determinada pela velocidade da etapa I

V = k [H2] [NO]2

Cinética Química

Reação Não-Elementar

2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O

En

erg

ia d

e a

tiva

ção

Caminho da reação

1 H2 + 2 NO => 1 N2O + 1 H2O 1 H2 + 1 N2O => 1 N2 + 1 H2O

Etapa I Etapa II

Cinética Química

Ordem de uma reação

Chamamos de ordem de uma reação a soma de todos os expoentes que aparecem na expressão da velocidade da reação

Chamamos 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]

Ordem da reação: + β +

Cinética Química

Ordem de uma reação

Podemos expressar a ordem de uma reação em relação a um determinado reagente:

Ordem da reação em relação a A =

Ordem da reação em relação a B = β

Ordem da reação em relação a C =

A ordem da reação em relação a um reagente indica a dependência existente entre a concentração desse reagente e a velocidade da reação global.

A ordem da reação em relação a um reagente indica a dependência existente entre a concentração desse reagente e a velocidade da reação global.

Cinética Química

Ordem de uma reação

A ordem da reação em relação a um reagente indica a dependência existente entre a concentração desse reagente e a velocidade da reação global.

A ordem da reação em relação a um reagente indica a dependência existente entre a concentração desse reagente e a velocidade da reação global.

2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O

V = k [H2] [NO]2

Ordem da reação: 1 +2 = 3 (3ª ordem)

Ordem da reação em relação ao H2: 1ª ordem, v = k [H2]

Ordem da reação em relação ao NO: 2ª ordem, v = k [NO]2

Cinética Química

Ordem de uma reação

V = k [H2] [NO]2

Ordem da reação em relação ao H2: 1ª ordem, v = k [H2]

Se dobrarmos a concentração do H2 e mantivermos a concentração do NO constante, a velocidade da reação dobra.

2 V = k [2 H2] [NO]2

Cinética Química

Ordem de uma reação

V = k [H2] [NO]2

Ordem da reação em relação ao NO: 2ª ordem, v = k [NO]2

Se dobrarmos a concentração do NO e mantivermos a concentração do H2 constante, a velocidade da reação quadruplica.

4 V = k [H2] [2 NO]2

Cinética Química

Ordem de uma reação

aA + bB + cC => dD + eE + fF

ExperiênciaExperiência [A][A] [B][B] [C][C] Velocidade/Velocidade/mol(L.minmol(L.min-1-1))

1ª1ª 2 mol/L2 mol/L 3 mol/L3 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV11 = 0,5 = 0,5

2ª2ª 4 mol/L4 mol/L 3 mol/L3 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV22 = 2,0 = 2,0

3ª3ª 4 mol/L4 mol/L 6 mol/L6 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV33 = 2,0 = 2,0

4ª4ª 4 mol/L4 mol/L 6 mol/L6 mol/L 2 mol/L2 mol/L VV44 = 16,0 = 16,0

Cinética Química

Ordem de uma reação

ExperiênciaExperiência [A][A] [B][B] [C][C] Velocidade/Velocidade/mol(L.minmol(L.min-1-1))

1ª1ª 2 mol/L2 mol/L 3 mol/L3 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV11 = 0,5 = 0,5

2ª2ª 4 mol/L4 mol/L 3 mol/L3 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV22 = 2,0 = 2,0

3ª3ª 4 mol/L4 mol/L 6 mol/L6 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV33 = 2,0 = 2,0

4ª4ª 4 mol/L4 mol/L 6 mol/L6 mol/L 2 mol/L2 mol/L VV44 = 16,0 = 16,0

Comparando 1ª e 2ª

v = k [A]2

4 v = k [2 A]2

Cinética Química

Ordem de uma reação

ExperiênciaExperiência [A][A] [B][B] [C][C] Velocidade/Velocidade/mol(L.minmol(L.min-1-1))

1ª1ª 2 mol/L2 mol/L 3 mol/L3 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV11 = 0,5 = 0,5

2ª2ª 4 mol/L4 mol/L 3 mol/L3 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV22 = 2,0 = 2,0

3ª3ª 4 mol/L4 mol/L 6 mol/L6 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV33 = 2,0 = 2,0

4ª4ª 4 mol/L4 mol/L 6 mol/L6 mol/L 2 mol/L2 mol/L VV44 = 16,0 = 16,0

Comparando 2ª e 3ª

v = k [B]0

Cinética Química

Ordem de uma reação

ExperiênciaExperiência [A][A] [B][B] [C][C] Velocidade/Velocidade/mol(L.minmol(L.min-1-1))

1ª1ª 2 mol/L2 mol/L 3 mol/L3 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV11 = 0,5 = 0,5

2ª2ª 4 mol/L4 mol/L 3 mol/L3 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV22 = 2,0 = 2,0

3ª3ª 4 mol/L4 mol/L 6 mol/L6 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV33 = 2,0 = 2,0

4ª4ª 4 mol/L4 mol/L 6 mol/L6 mol/L 2 mol/L2 mol/L VV44 = 16,0 = 16,0

Comparando 3ª e 4ª

v = k [C]3

8 v = k[2 C]3