Est udo da veloc idade das reaç ões quím ic as e dos fat ores que nela influem. Prof. Mat eus Andrade

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Estela Ventura Aragão
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1 Est udo da veloc idade das reaç ões quím ic as e dos fat ores que nela influem.

2 CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES CINÉTICAS I - Quant o à veloc idade Rápidas: neut ralizaç ões em m eio aquoso, c om bust ões,... Lent as: ferm ent aç ões, form aç ão de ferrugem,...

3 CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES CINÉTICAS II - Quant o ao m ec anism o Elem ent ares : oc orrem num a só et apa. H 2 + I 2 2 HI Com plex as : oc orrem em duas ou m ais et apas. 2 NO (g) + O 2(g) 2 NO 2(g) 1 a etapa (rápida) : 2 NO (g) N 2 O 2(g) 2 a etapa (lenta) : N 2 O 2(g) + O 2(g) 2 NO 2(g) reação global : 2 NO (g) + O 2(g) 2 NO 2(g)

H 2 + I 2 2 HI Com plex as : oc orrem em duas ou m ais et apas.

4 VELOCIDADE DAS REAÇÕES I - Veloc idade m édia (v m ) Represent a a variaç ão na quant idade de um reagent e ou produt o num int ervalo de t em po. v m = Dm Dt ou Dn Dt ou DV Dt ou DC Dt m = m assa, n = n o m ols, V = volum e, C = c onc ent raç ão m olar

5 Represent aç ão gráfic a O gráfic o ac im a m ost ra c om o variam as c onc ent raç ões de reagent e (N 2 O 5 ) e produt os (NO 2 e O 2 ), c om o passar do t em po.

6 VELOCIDADE DAS REAÇÕES II - Veloc idade inst ant ânea (v i ou v) Represent a a variaç ão na quant idade de um reagent e ou produt o num inst ant e (m enor int ervalo de t em po que se possa im aginar).

7 A veloc idade inst ant ânea de um a reaç ão é obt ida at ravés de um a ex pressão m at em át ic a c onhec ida c om o LEI DA AÇÃO DAS MASSAS ou LEI CINÉTICA, propost a por Gulberg e Waage, em Pet er Waage Cat o Gulberg

c om o LEI DA AÇÃO DAS MASSAS ou LEI CINÉTICA, propost

8 Para um a reaç ão genéric a hom ogênea aa (g) + bb (g) x X (g) + yy (g) a veloc idade inst ant ânea é c alc ulada pela ex pressão v = k [A] a [B] b onde k = c onst ant e de veloc idade [A] e [B] = c onc ent raç ões m olares a e b = ordens ou graus

9 Nas reaç ões elem ent ares as ordens são iguais aos próprios c oefic ient es (a = a e b = b); Nas reaç ões c om plex as as ordens são iguais aos c oefic ient es da et apa m ais lent a da reaç ão, c onhec ida at ravés do m ec anism o da m esm a.

as ordens são iguais aos c oefic ient es da et apa m ais

10 Ex em plo I - Reaç ão elem ent ar H 2 + I 2 2 HI Lei de veloc idade (inst ant ânea) v = k [H 2 ] 1 [I 2 ] 1

11 Ex em plo II- Reaç ão c om plex a 2 NO + O 2 2 NO 2 * Mec anism o 2 NO N 2 O 2 (et apa lent a) N 2 O 2 + O 2 2 NO 2 (et apa rápida) 2 NO + O 2 2 NO 2 (reaç ão global) Lei de veloc idade (inst ant ânea) v = k [NO] 2

12 PORQUE OCORREM AS REAÇÕES QUÍMICAS? I - Colisões int erm olec ulares a) Não-efic azes ou não efet ivas (não form am -se produt os) * sem energia de c olisão sufic ient e ou geom et ria de c olisão inadequada. b) Efic azes ou efet ivas (form am -se os produt os) * c om energia de c olisão sufic ient e e geom et ria de c olisão adequada.

produt os) * sem energia de c olisão sufic ient e ou geom et ria de c olisão

13 Ex em plo de c olisão efic az (geom et ria favorável) Reaç ão: HBr + O 2 ¾ HBrO 2

14 Colisões em geom et ria desfavorável

15 PORQUE OCORREM AS REAÇÕES QUÍMICAS? II - Energia m ínim a para reagir (Energia de At ivaç ão - E a ) Além de c olisões c om orient aç ão espac ial adequada, as m oléc ulas devem apresent ar um a energia c inét ic a m ínim a que propic ie a rupt ura das ligaç ões ent re os reagent es e form aç ão de novas ligaç ões, nos produt os. Quant o m aior a E a, m ais lent a a reaç ão!

aç ão espac ial adequada, as m oléc ulas devem apresent ar um a energia c inét ic a m ínim a

16 Represent aç ões gráfic as

17 Fat ores que influem na veloc idade das reaç ões a ) Área de c ont at o ent re os reagent es; b ) Conc ent raç ão dos reagent es; c ) Tem perat ura e Energia de At ivaç ão; d) Radiaç ões e desc argas elét ric as; e) Aç ão de c at alisadores.

reagent es; c ) Tem perat ura e Energia de At ivaç ão; d)

18 a) Área de c ont at o ent re os reagent es Esse fat or t em sent ido quando um dos reagent es for sólido. Ex em plo: Fe (prego) + H 2 SO 4(aq) FeSO 4(aq) + H 2(g) (v 1 ) Fe (lim alha) + H 2 SO 4(aq) FeSO 4(aq) + H 2(g) (v 2 ) * na segunda reaç ão a área de c ont at o é m aior! Port ant o : v 2 > v 1

19 b) Conc ent raç ão dos reagent es A veloc idade é proporc ional à c onc ent raç ão dos reagent es. Esse fat or é ex presso pela LEI DA AÇÃO DAS MASSAS ou LEI CINÉTICA (Gulberg e Waage) v = k [A] a [B] b k = c onst ant e c inét ic a [A] e [B] = c onc ent raç ões m olares a e b = ordens c inét ic as (dadas no problem a)

Esse fat or é ex presso pela LEI DA AÇÃO DAS MASSAS ou LEI CINÉTICA (Gulberg e

20 c ) Tem perat ura e Energia de At ivaç ão As variaç ões de t em perat ura m odific am o valor da c onst ant e de veloc idade (k ). Um aum ent o na T, aum ent a a freqüênc ia das c olisões int erm olec ulares e aum ent a a energia c inét ic a das m oléc ulas fazendo c om que um m aior núm ero alc anc e a energia m ínim a para reagir (E at ivaç ão ). Um aum ent o na energia c inét ic a (agit aç ão m olec ular) favorec e a rupt ura das ligaç ões.

Um aum ent o na T, aum ent a a freqüênc ia das c olisões int erm olec ulares e aum ent a a energia c inét ic a

21 d) Aç ão de c at alisadores Cat alisadores são subst ânc ias que, quando present es, aum ent am a veloc idade das reaç ões quím ic as, sem serem c onsum idos. Ao final enc ont ram -se qualit at iva e quant it at ivam ent e inalt erados. Os c at alisadores enc ont ram c am inhos alt ernat ivos para a reaç ão, envolvendo m enor energia (dim inuem a Energia de At ivaç ão), t ornando-a m ais rápida.

22 Ex em plo SO 2(g) + ½ O 2(g) ¾ SO 3(g) E a = 240 k J /m ol sem c at alisador Ut ilizando NO 2(g) c om o c at alisador a E a se reduz para 110 k J /m ol, t ornando a reaç ão ex t rem am ent e m ais rápida! Mec anism o da reaç ão SO 2 + NO 2 SO 3 + NO E 1 (consumo do catalisador) NO + ½ O 2 NO 2 E 2 (regeneração do catalisador) Reação global: SO 2 + ½ O 2 SO 3 E = 110 KJ/mol

23 Carac t eríst ic as dos c at alisadores a) Som ent e aum ent am a veloc idade; b) Não são c onsum idos; c ) Não inic iam reaç ões, m as int erferem nas que já oc orrem sem a sua presenç a; d) Podem ser ut ilizados em pequenas quant ias, vist o que não são c onsum idos; e) Seus efeit os podem ser dim inuídos pela presenç a de venenos de c at álise.

24 Com o func iona o c at alisador aut om ot ivo?

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