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1 CINÉTICA QUÍMICA Fala Gás Nobre! Preparado para reagir? Então vamos para mais um resumo de química! Você já parou pra pensar, que a velocidade com que as reações químicas acontecem, podem estar relacionadas com situações do nosso dia a dia? Quando você guarda um alimento na geladeira, por exemplo, é para retardar a decomposição desse alimento não é mesmo? E ao usar a panela de pressão? Não é para aumentar a velocidade de cozimento dos alimentos? Pois então, a cinética química estuda justamente a velocidade dessas reações químicas, bem como os fatores que a influência. ;) Essa velocidade é a rapidez com que uma reação ocorre, sempre levando em conta a quantidade de reagentes consumidos ou a de produtos formados. A regra geral é que, em toda reação, a quantidade de reagentes diminui, enquanto a quantidade dos produtos aumenta. Vamos chamar os reagentes de A e os produtos de B. Veja: A B A concentração do reagente A é máxima e vai diminuindo, enquanto a concentração do produto B, que no instante inicial, é igual a zero vai aumentando. Como mostra o gráfico, que representa as variações

2 ocorridas na concentração dos participantes das reações em função do tempo: Perceba que a cada intervalo de tempo, a velocidade da reação pode variar. Sendo assim, costuma-se calcular avelocidade média das reações. Vamos ver como? Velocidade Média das Reações A velocidade média de uma reação é a relação entre a variação da concentração pela variação de tempo. Logo, a velocidade média de uma reação é dada por: Vm = velocidade média de uma reação = variação da concentração variação de tempo (intervalo) Expressão: Vm = Δ [ ] /Δt = [final] - [inicial]/t final - t inicial Você pode observar que ao calcular oδ [reagentes], ele apresenta um valor menor do que zero, ou seja, um valor negativo, pois aconcentração final émenor do que ainicial. Então, afim de não trabalhar com valores negativos, usamos Δ [reagentes] na expressão da velocidade média dos reagentes. Ok? Logo, temos que: Vm = -Δ [reagentes] /Δt ou Vm = Δ [produtos] /Δt

3 Genericamente para reação a seguir, em que os coeficientes são as letras minúsculas e os reagentes e produtos estão representados pelas letras maiúsculas: a A + b B c C Temos: Vm reação = VmA/a = VmB/b = VmC/c Veja que a velocidade média dessa reação será dada dividindo-se a velocidade média da reação de qualquer uma das substâncias dos reagentes ou a velocidade média de formação de qualquer um dos produtos pelo seu respectivo coeficiente da equação química. Vamos ver esse exemplo, da reação de decomposição da água oxigenada para entender melhor: 2 H 2 O 2(aq) 2 H 2 O (l) + 1 O 2 (g) Aos t=0min a concentração de H 2 O 2 é de 0,8 mol/l edos produtos éigual a zero. Suponhamos que após 10 minutos, formou-se 0,3 mol/l de H 2 O e 0,15 mol/l de O 2, enquanto se decompôs 0,3 mol/l de H 2 O 2. Veja: V mh2o2 = -Δ [reagentes] /Δt V mh2o2 = - (0,5-0,8) / 10 = 0,03 mol/l. min V mh2o = Δ [produtos] /Δt V mh2o = (0,3-0) / 10 = 0,03 mol/l. min V mo2 = Δ [produtos] /Δt V mo2 = (0,15-0) / 10 = 0,015 mol/l. min

4 Agora, a velocidade média da reação global será encontrada a partir de um desses valores, dividindo pelo seu respectivo coeficiente na equação: V m = V mh2o2 / 2 = 0,3 / 2 = 0,15 mol/l. min V m = V mh2o / 2 = 0,3 / 2 = 0,15 mol/l. min V m = V mo2 / 1 = 0,015 / 1 = 0,15 mol/l. min Note que os três valores são iguais e, portanto, a velocidade da reação é a mesma em função de qualquer reagente ou produto, num mesmo intervalo de tempo. Certo gás nobre? Mas não pára por aqui! Como vimos, vários fatores são responsáveis pela ocorrênci a de uma reaçã o química. Um deles é que entre os reagentes deve existir uma tendência a reação, ou seja, afinidade química. Além disso, os reagentes devem estar em contato, o que permitirá acolisão entre suas moléculas, ocasionando na quebra das ligações e na formação de novas ligações. Teoria da colisão Gás nobre, você sabe que em todas as reações, os átomos que formam os reagentes se rearranjam, originando os produtos, certo? Porém, nem sempre todos os choques entre as partículas que compõem os reagentes dão origem a produtos. Mas no momento em que ocorre ochoque em uma posição favorável, uma estrutura intermediária é formada entre os reagentes e os produtos, denominada complexo ativado. No entanto, para que ocorra a formação do complexo ativado, as moléculas dos reagentes devem apresentar energia suficiente, além da colisão favorável. Essa energia éa energia de ativação (Ea).

5 Energia de ativação A energia de ativação é a energia mínima necessária para que a reação possa ocorrer. Trata-se, portanto, da energia mínima para a formação do complexo ativado. A teoria da colisão explica a energia de ativação: a reação química é constituída por colisões entre as moléculas dos reagentes. Nem toda colisão, porém, é eficaz, pois é necessário que haja energia suficiente e geometria molecular adequada. A energia de ativação é aquela requerida para que as colisões sejam eficazes, ou seja, resultem no complexo ativado. Veja a representação no gráfico: Experimentalmente, as reações que exigem uma menor energia de ativação ocorrem mais rapidamente, ou seja, ocorrem com maior velocidade. Vamos ver agora quais são os fatores influenciam na velocidade de uma reação?

6 Superfície de contato Quanto maior a superfície de contato dos reagentes, maior a velocidade da reação. Bem, quando o reagente está no estado sólido, quanto mais fragmentado ele estiver, maior será o número de choques e, portanto, maior será a velocidade da reação. Certo? Visto que, a reação ocorre na superfície desse reagente. Lembrando que o aumento da superfície intensifica a velocidade da reação, mas não a quantidade do produto formado. Temperatura O cientista Jacobus Van t Hoff, no final do século XIX, relacionou a variação de temperatura e a velocidade das reações estabelecendo assim a seguinte regra: Regra de Van t Hoff : um aumento de 10 ºC faz com que a velocidade da reação dobre. Temperatura 5ºC 15ºC 25ºC Velocidade V 2V 4V Lembrando que essa regra possui limitações, sendo assim, nem sempre é válida. Ok? O aumento da temperatura, aumenta a agitação das partículas e consequentemente a velocidade.

7 Pressão Quando se aumenta a pressão de um sistema gasoso, aumenta-se a velocidade da reação. Mas como aumentar a pressão? Se ocorrer, por exemplo, a diminuição do volume de um recipiente com gás, haverá um aumento da pressão intensificando as colisões das moléculas e em consequência ocorrerá um aumento na velocidade da reação. Ok? Catalisador São substâncias que aceleram uma reação e não são consumidas. Resumindo o catalisador: - Acelera a reação, mas não aumenta o seu rendimento, ou seja, ela produz a mesma quantidade de produto, mas num período de tempo menor. - Não altera o ΔH da reação. - Acelera tanto a reação direta quanto a inversa, pois diminui a energia de ativação de ambas. Concentração dos reagentes Considerando a reação a seguir: aa + bb cc + dd S e a concentração dos reagentes A e B aumentar, o que você acha que vai acontecer com a velocidade da reação? Bem, a quantidade de partículas dos reagentes irá aumentar e, desta forma, haverá mais choques entre elas que resultarão no aumento da taxa de desenvolvimento da reação. O que significa que aumentará sua velocidade.

8 Temos então, que avelocidade da reação é diretamente proporcional a concentração dos reagentes. Matematicamente a lei da velocidade ou lei cinética, relaciona a velocidade de uma reação com aconcentração dos reagentes. v = k [ A ] x [ B ] y Em que: v = velocidade da reação k = constante da velocidade (a uma dada temperatura) [ A ] e [ B ] = concentrações em mol/l dos reagentes x e y = expoentes determinados experimentalmente Quando a reação ocorre numa única etapa, ou seja, quando trata-se de uma reação elementar, os expoentes x e y correspondem aos coeficientes estequiométricos da equação química. Logo: v = k [ A ] a [ B ] b Certo? No entanto, a maioria das reações ocorre em mais de uma etapa e, portanto, não são elementares. Esse conjunto de etapas é denominado mecanismo de reação. Nesse tipo de reação, a equação da velocidad eédeterminada pela etapa lenta do mecanismo de reação. Etapa lenta: A + A A 2 Etapa rápida: A 2 + B A 2 B Logo, a equação da velocidade será: v = K [A] 2 Visto que estamos considerando a etapa lenta. Certo gás nobre? Vamos então para os exercícios.

9 Questão 01 - (FGV SP) A energia envolvida nos processos industriais é um dos fatores determinantes da produção de um produto. O estudo da velocidade eda energia envolvida nas reações é de fundamental importância para a otimização das condições de processos químicos, pois alternativas como a alta pressurização de reagentes gasosos, a elevação de temperatura, ou ainda o uso de catalisadores podem tornar economicamente viável determinados processos, colocando produtos competitivos no mercado. O estudo da reação reversível: A+B <----> C+D, revelou que ela ocorre em uma única etapa. A variação de entalpia da reação direta éde 25 kj. A energia de ativação da reação inversa é+80 kj. Então, a energia de ativação da reação direta é igual a a) 80 kj. b) 55 kj. c) +55 kj. d) +80 kj. e) +105 kj. Letra: C Para assistir a resolução do exercício clique no link: https://www.quimicaemacao.com.br/resumos/11-q01

10 Questão 02 - (UFMG) Analise este gráfico, em que está representada a variação da concentração de um reagente em função do tempo em uma reação química: Considerando-se as informações desse gráfico, é CORRETO afirmar que, no intervalo entre 1e5minutos, a velocidade média de consumo desse reagente é de: a) 0,200 (mol / L) / min. b) 0,167 (mol / L) / min. c) 0,225 (mol / L) / min. d) 0,180 (mol / L) / min. Letra A Para assistir a resolução do exercício clique no link: https://www.quimicaemacao.com.br/resumos/11-q02

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