1.
Trata das velocidades das reações;
2.
Aborda a rapidez com que os reagentes são consumidos e os produtos são formados;
3.
A dependência da velocidade;
4.
Estudo do mecanismo de reação.
1-
Cinética Química
Parte da Química que estuda a velocidade das reações e os fatores que a influenciam.
Reações QuímicasRápidas Lentas
Moderadas
Reação Moderada
Reação Lenta
Decomposição dos Alimentos
Formação do Petróleo
2-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 ocorreu.
tAVm
tBVm
if
ifm tt
XXtXV
t
reagentesVm
tprodutosVm
2-Velocidade Média (Vm) de uma Reação em Função das Substâncias
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
2.1-Velocidade Média (Vm)
de uma Reação
2.2-Velocidade Instantânea de uma Reação em Função das Substâncias
Se tomarmos um intervalo de tempo bastante pequeno, ou seja, supondo-se que a variação de tempo Δt tenda a zero, obtemos o que se chama de velocidade instantânea.
tXV
tinst
0
lim
2.2-Velocidade Instantânea de uma Reação em Função das Substâncias
A velocidade instantânea é
determinada pelo quociente da variação da concentração pela variação de tempo, quando o tempo tende a zero.
dt
concdV .
33--CondiCondiçções para que ocorra uma Reaões para que ocorra uma Reaççãoão
Os reagentes devem estar em contato
Afinidade química entre os reagentes
3.13.1--
Teoria da ColisãoTeoria da Colisão
As moléculas dos reagentes devem colidir entre si
A colisão deve ocorrer com geometria favorável
•p é
o fator estérico: fração de colisões que tem a geometria certa para reagir.
•Z
é
o número de colisões por unidade de tempo.
•f
é
a fração de colisões que tem energia maior que a energia de ativação
3.13.1--
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.
3.13.1--
Teoria da ColisãoTeoria da Colisão
A fração de moléculas com energia igual ou superior a Ea
e proporcional a:
frequência de choques = e-Ea/RT
•O fator preexponencial, A, é
uma constante de proporcionalidade entre as concetrações dos reagentes e a quantidade de moléculas que colidem (efetiva);
•A energia de ativação, Ea
, é
a energia cinética mínima exigida para uma colisão resultar em reação.
3.13.1--
Teoria da ColisãoTeoria da Colisão
TEORIA DO COMPLEXO ATIVADO
Ao colidirem com energia suficiente
as moléculas dos reagentes formam uma estrutura similar aos produtos com alto conteúdo energético chamado de complexo ativado.
•
Se o complexo ativado apresentar maior ordenação, ou seja, baixa probabilidade de formação a entropia será
negativa.
Logo, a velocidade e o fator de Arrhenius serão baixos.
MOLECULARIDADE: número de moléculas que participam do estado de transição.
3.13.1--
Teoria da ColisãoTeoria da Colisão
O2 N2
O-------N
O N2 NO
ReagentesComplexo
Ativado
Produtos
3.13.1--
Teoria da ColisãoTeoria da Colisão
Dependência da Velocidade com a Temperatura
•A velocidade de um areação aumenta com a temperatura.
•Sua dependência é
expressa pela equação de Arrhenius.
/RTEaAek Onde: A = fator pré-exponencial
Ea
= energia de ativação
T a com sensível pouco é VelocidadeE
T a com sensível muito é VelocidadeET1
RElnAlnk
teGraficamen
a
a
a
3.13.1--
Teoria da ColisãoTeoria da Colisão
'a
'
T1
T1
RE
kkln
reaçãoumadeativaçãodeenergiaaConhecendo
TEORIA DAS COLISÕES (fase gasosa)
Ex.: NO + O3
•A reação ocorre se as moléculas com uma energia cinética mínima ao longo de sua linha de aproximação colidirem efetivamente
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
Temperatura
Um aumento de temperatura aumenta a velocidade das reações químicas, pois há
um
incremento na energia cinética das moléculas
4-
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
4-
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação
Presença de Catalisador
Sem catalisador
Com catalisador
4-
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 conseqüentemente maior a velocidade da reação.
4-
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação
5-
Lei da Ação das Massas
(1833-1902), Guldberg e Waage
“A cada temperatura, a velocidade de uma reação é diretamente proporcional ao produto das
concentrações dos reagentes, elevadas a expoentes determinados experimentalmente”
5-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
5.1-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
5.1-Reação Elementar
1 H3
O+
+ 1 OH-
=> 2 H2
O
V = k [H3
O+] [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
5.2-
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.
5.2-
Reação Não-Elementar
A etapa lenta é
a etapa determinante da velocidade da reação
2 H2
+ 2 NO => 1 N2
+ 2 H2
O
Etapa I 1 H2
+ 2 NO => 1 N2
O + 1 H2
O (lenta)
Etapa II 1 H2
+ 1 N2
O => 1 N2
+ 1 H2
O (rápida)
Reação Global 2 H2
+ 2 NO => 1 N2 + 2 H2
O
5.2-
Reação Não-Elementar
2 H2
+ 2 NO => 1 N2
+ 2 H2
O
Etapa I 1 H2
+ 2 NO => 1 N2
O + 1 H2
O (lenta)
Etapa II 1 H2
+ 1 N2
O => 1 N2
+ 1 H2
O (rápida)
Reação Global 2 H2
+ 2 NO => 1 N2 + 2 H2
O
A velocidade da reação global será
determinada pela velocidade da etapa I
V = k [H2
] [NO]2
5.2-Reação Não-Elementar
2 H2
+ 2 NO => 1 N2
+ 2 H2
O
Ene
rgia
de
ativ
ação
Caminho da reação
1 H2
+ 2 NO => 1 N2
O + 1 H2
O 1 H2
+ 1 N2
O => 1 N2
+ 1 H2
O
Etapa I Etapa II
6-
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
+
6-
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.
6-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 H2
O
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
6-
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
6-
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
6-
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
6-
Ordem de uma reação
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 2ªv = k [A]2
4 v = k [2 A]2
6-
Ordem de uma reação
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 2ª
e 3ªv = k [B]0
6-
Ordem de uma reação
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 3ª
e 4ªv = k [C]3
8 v = k[2 C]3
Método do isolamento: a determinação da Lei de velocidade fica mais fácil quando admitimos a pseudo-ordem : um reagente está
em excesso em
relação ao outro.
•Método das velocidades iniciais
•Leis de velocidades integradas
0
0
t
0
A
A
0
AlnktAlnktAAlndtk
AAd
AttA0t lados os ambos integrando kdt;
AAd-
variáveisde separaçãopor
Ak dtAd- :consumo é como e, velocidad
dtAd
ordem) (primeira PA :Supondo
0
0
0
t
0
A
A2
2
A1kt
A1
ktA1
A1dtk
AAd
AkdtAd-
:ordemsegundadeser reaçãoaSupondo
0
0
0
t
0
A
A
AktA
ktAAdtkAd
kdtAd-
:zeroordemdeser reaçãoaSupondo
0
Tempo de meia-vida
Tempo necessário para que a concnetração de uma espécie caia à
metade do seu valor inicial. [A] = [A]0
/2
2kAT :zero Ordem
Ak1T :ordem Segunda
kln2T :ordem Primeira
0
21
021
21
Dependência da Velocidade com a Temperatura
•A velocidade de um areação aumenta com a temperatura.
•Sua dependência é
expressa pela equação de Arrhenius.
/RTEaAek Onde: A = fator pré-exponencial
Ea
= energia de ativação
T a com sensível pouco é VelocidadeE
T a com sensível muito é VelocidadeET1
RElnAlnk
teGraficamen
a
a
a