QUÍMICA 3 - APOSTILA 3. Prof. Msc João Neto

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1 QUÍMICA 3 - APOSTILA 3 Prof. Msc João Neto

2 CINÉTICA QUÍMICA parte da Química que estuda a velocidade ou rapidez das reações. Prof. Msc João Neto

3 Produtos (Formados) A + B AB Reagentes (Consumidos) Prof. Msc João Neto 3

4 Gráfico de Velocidade: Os reagentes são consumidos durante a reação e a sua quantidade diminui com a variação do tempo, enquanto os produtos são formados e suas quantidades aumentam com o tempo. Prof. Msc João Neto 4

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6 Produto Produto Reagente Prof. Msc João Neto 6

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10 C 4 H 10 CO 4 1mol 4 44g 0,05mol x x = 8,8g 1min 8,8g 60min y y = 58g Prof. Msc João Neto 10

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12 H mol 1mol y x O 1O 1 10 = 10 4 mol 4 mol Prof. Msc João Neto 1

13 Condições para ocorrer uma reação Química Condições fundamentais Condições acessórias Afinidade química Contato entre os reagentes. Ocorrer choque entre partículas ativadas energeticamente ocorrer uma boa orientação Prof. Msc João Neto 13

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15 Caminho da reação Prof. Msc João Neto 15

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18 Colocando as reações em ordem, da mais lenta para a mais rápida, temos: a) 1 < < 3 b) 3 < < 1 c) < 1 < 3 d) 1 < 3 < e) < 3 < 1 Prof. Msc João Neto 18

19 Colocando as reações em ordem, da mais lenta para a mais rápida, temos: a) 1 < < 3 b) 3 < < 1 c) < 1 < 3 d) 1 < 3 < e) < 3 < 1 Quanto maior a energia de ativação, mais lenta se rá a reação. Da mais lenta para a mais rápida, temos: (E a = 5kJ/mol) < 1 (E a = 0 kj/mol) < 3 (E a = 15 kj/mol) 19 Prof. Msc João Neto

20 Quanto maior a energia de ativação, menor será a velocidade da reação. Prof. Msc João Neto 0

21 Quanto maior a energia de ativação, menor será a velocidade da reação. Prof. Msc João Neto 1

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24 Prof. Msc João Neto 4 A velocidade média da reação é a relação entre a quantidade consumida ou produzida e o intervalo de tempo gasto para que isso ocorra. t ] [ v ; t V v t n v ; t m v m m m m = = = =

25 Superfície de contato SC Rapidez Fatores que alteram a rapidez de uma reação química Pulverizado > granulado > raspas > inteiro Temperatura T Rapidez Concentração dos reagentes [ ] Rapidez Prof. Msc João Neto 5

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28 Prof. Msc João Neto 8 Reações elementares: São aquelas que se processam com uma única colisão entre as moléculas reagentes; Lei da ação das massas ou lei de Guldberg-Waage. 3 ] ][ [ 3 3 ] [ ] [ H N k v NH H N B A k v Y X B A = + = + + β α δ σ β α

29 Reações não-elementares: São aquelas que se desenvolvem em duas ou mais etapas. Nesse caso, a velocidade é definida pela etapa mais lenta. v = k [ 3 NO][ O ] ( etapa lenta) Prof. Msc João Neto 9

30 quando uma reação ocorre em várias etapas, cada etapa (reação elementar) tem sua própria energia de ativação. >Energia de ativação < velocidade Etapa + lenta Prof. Msc João Neto 30

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35 A etapa determinante da velocidade da reação é a etapa I, pois quem determina a velocidade de uma reação é sempre a etapa mais lenta. A velocidade da reação global é a velocidade da etapa lenta. Prof. Msc João Neto 35

36 v = k [ HOOH][ I ] ( etapa lenta) Prof. Msc João Neto 36

37 Considere a reação H + I HI feita em laboratório, mantendo a temperatura constante e variando a concentração dos reagentes: Lei da Velocidade v = k [ H ][ I ] k = é uma constante de proporcionalidade e pode ser denominada constante de velocidade ou constante cinética. Prof. Msc. João Neto 37

38 A constante k não depende da concentração dos reagentes, mas depende dos demais fatores que influem na velocidade das reações, principalmente da temperatura. Prof. Msc. João Neto 38

39 Prof. Msc. João Neto 39 k k x x x x k x k x v k k x x x k x k x v k k x k x k x v I H k v k do Cálculo = = = = ================================================ = = = = ================================================ = = = = = 3, ,8 ] 10 ][ 10 [ 10 1,8 [0,][0,] 10 1,8 3, ,4 ] 10 ][ [ ,4 [0,1][0,] 10 6,4 3, , ] ][10 [ , [0,1][0,1] 10 3, ] ][ [ 1 1 3ª 1 1 ª 1 1 1ª

40 O x 3 = x = 1 NO y = y = 1 v = k [ NO][ O3 ] Prof. Msc. João Neto 40

41 Cl x = x = 1 v = k [ NO ] [ Cl ] y y NO = 4 = y = Prof. Msc. João Neto 41

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43 v = k ][ ] [ H NO y x y H x = = NO = = = 1 4 Prof. Msc João Neto 43 y

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47 Atenção! Um catalisador acelera a reação, mas não aumenta seu rendimento, isto é, ele produz a mesma quantidade de produto, mas num período de tempo menor. O catalisador não altera o ΔH da reação. Um catalisador acelera tanto a reação direta quanto a inversa, pois diminui a energia de ativação de ambas. O catalisador não desloca o equilíbrio pois ele aumenta a velocidade da reação direta e inversa. Prof. Msc João Neto 47

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49 Energia de ativação Prof. Msc João Neto 49

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51 >Superfície de contato >Velocidade F > Temperatura >Velocidade F V O catalisador diminui a energia de ativação F Prof. Msc João Neto 51

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55 Temperatura Menor menor velocidade Maior maior velocidade Superfície de contato Ferro em barras (menor) Limalha de ferro (maior) Concentração Ar 1% de O (menor) O puro (maior) Prof. Msc João Neto 55

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57 Pressão não é um fator que altera a velocidade de uma reação. Os reagentes devem ser aumentados na mesma proporção Prof. Msc João Neto 57

58 Ordem da reação: é a soma dos expoentes que aparecem na fórmula da velocidade. Indica a relação que existe entre a concentração e a velocidade da reação. v = k [ NO ] [ H ] ª ordem ou ordem em relação ao participante NO; 1ª ordem ou ordem 1 em relação ao participante H ; 3ª ordem ou ordem 3 em relação a reação global. Prof. Msc João Neto 58

59 Molecularidade da reação: é o número mínimo de moléculas que precisam colidir para ocorrer reação. Não confundir com ordem de reação. Se a reação é elementar (ocorre somente em uma etapa), a molecularidade é igual à ordem de reação, que é dada pela soma dos coeficientes dos reagentes. NO v = + O NO + O Ordem global: ª k 3 [ NO][ O3 ] Molecularidade: ou bimolecular Prof. Msc João Neto 59

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61 Quem define a velocidade de uma reação é a etapa mais lenta. V=k [N O 5 ] Reação de primeira ordem N NO + N N N O NO 5 3 O O 5 4 O NO 5 NO Molecularidade : + NO NO + O NO 4NO + N 3 O + O 4 Prof. Msc João Neto 61

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63 Reação sem catalisador Reação com catalisador Energia de ativação E Produto < E Reagente H<0 Reação Exotérmica Prof. Msc João Neto 63

64 Reação sem catalisador Reação com catalisador Prof. Msc João Neto 64

65 Energia de ativação Reação com catalisador Energia de ativação = Complexo ativado Entalpia dos reagentes Energia de ativação = Energia de ativação =10 kcal Prof. Msc João Neto 65

66 H H H = H P H = R = 0kcal Prof. Msc João Neto 66