O que é Cinética Química?

Transcrição

1 Cinética Química

2 O que é Cinética Química? Ramo da físico-química que estuda a velocidade das reações; Velocidade na química: variação de uma grandeza no tempo: x v t

3 Velocidade Considere a reação aa bb O reagente A desaparece com velocidade v A A t O produto B aparece com velocidade Estão interligadas pela estequiometria da reação 1 1 v v v a b reação A B v B B t

4 Velocidade a partir do gráfico Análise do coeficiente angular (inclinação) Em qual ponto a velocidade é maior? v A v B A B

5 Exemplo Considere a dimerização do dióxido de nitrogênio: 2NO N O Tempo (s) [NO2] (M) [N2O4] (M) média 1 [ NO2 ] [ N2O4 ] v 2 t t média mol / L 2 0 mol / L v 2 50 s 50s

6 Lei de Velocidade aa bb cc... Produtos Equação empírica que relaciona a velocidade da reação à concentração das substâncias... v k A B C O expoente é a ordem, determinado empiricamente. A ordem equivale ao coeficiente estequiométrico somente quando se tratar de: Reação elementar única etapa

7 Lei de Velocidade Ordem global da reação é a soma das ordens de cada substância Constante cinética k específica para cada reação; unidades definem a ordem k L mol s

8 Determinação da Lei de Velocidade A determinação da Lei de Velocidade depende do conhecimento das ordens de cada substância. Para isso, podemos alterar a concentração de um composto (dobrar) e ver o quanto varia a velocidade: v v De forma geral, tem-se uma tabela relacionando velocidade (ou algo análogo) às concentrações.

9 Exemplo v k A B Teste [A]/(mol/L) [B]/(mol/L) Velocidade/(mol/Ls) I II III ,5 Lei de Velocidade: Constante Cinética: 2 v k A B v k k 2.10 L. mol. s 2 A B

10 Tente fazer! Na atmosfera ocorre a decomposição fotolítica a seguir: 2 NO2(g) 2 NO(g) + O2(g) Essa reação está relacionada ao smog que polui grandes metrópoles. Experimentos cinéticos sobre essa reação resultaram nos seguintes dados: Determine a Lei de velocidade para esta reação.

11 Tente fazer também! Dada a equação: A + B C e o quadro cinético abaixo a expressão da velocidade que representa a reação é: a) v = k[a] [B] b) v = k[a] c) v = k [B] d) v = k [A] [B]² e) v = k [B]²

12 Teoria das Colisões Para uma reação ocorrer é necessária uma certa energia (de ativação) e uma orientação correta; Caso tais pré-requisitos sejam cumpridos, forma-se o complexo ativado; A partir dele podemos ter continuidade, formando os produtos, ou retornar ao estado inicial. Molecularidade de uma reação? Conservação do momento linear?

13 Diagrama de Reação Reação Endotérmica Qual tende a ser a mais rápida? Reação Exotérmica

14 Fatores que afetam a velocidade A velocidade de reação pode ser aumentada ou diminuída dependendo de fatores externos: Temperatura Colisões Concentração dos reagentes Lei de Velocidade Colisões v k A

15 Fatores que afetam a velocidade Pressão Lei de Velocidade Colisões A v k A ( ) P A RT Equação de Clapeyron Superfície de Contato Colisões Reação ocorre na superfície do catalisador Catalisador

16 Catálise Catalisador substância que interage com os reagentes promovendo um novo caminho de reação (novo mecanismo); Mecanismo com menor Ea aumento da velocidade

17 Catálise heterogênea - adsorção

18 Exemplo catalisador em carros

19 Enzimas catalisadores biológicos Agem da mesma forma que os catalisadores, porém em processos biológicos. São proteínas e respeitam o modelo chave-fechadura da biologia, em que há somente uma enzima para seu substrato. Modificam as moléculas do substrato para promoverem a reação.

20 Tente fazer!

21 Tente esse também! (Vunesp) Sobre catalisadores, são feitas as quatro afirmações seguintes: I. São substâncias que aumentam a velocidade de uma reação. II. Reduzem a energia de ativação da reação. III. As reações nas quais atuam não ocorreriam nas suas ausências. IV. Enzimas são catalisadores biológicos. Dentre essas afirmações, estão corretas apenas: a) I e II. b) II e III. c) I, II e III. d) I, II e IV. e) II, III e IV.

22 Reação em duas etapas Verificar: qual é a etapa lenta (determina a lei de velocidade); qual é a etapa rápida. Como? Energia de Ativação

23 Exercícios Certa reação química é representada pela equação 2A + 2B C, onde A, B e C significam espécies químicas que são colocadas para reagirem, todas gasosas. Verificou-se experimentalmente, numa certa temperatura, que a velocidade dessa reação quadruplica com a duplicação da concentração da espécie A, mas não depende das concentrações das espécies B e C. Assinale a opção que contém, respectivamente, a expressão correta da velocidade e o valor correto da ordem da reação. a) v=k[a]²[b]² e 4 b) v=k[a]²[b]² e 3 c) v=k[a]²[b]² e 2 d) v=k[a]² e 4 e) v=k[a]² e 2

24 Exercícios Considere a seguinte curva de reação abaixo: a) Escreva o mecanismo de reação (duas etapas); b) Indique a etapa lenta e a lei de velocidade; c) A reação é endotérmica? Justifique.

25 Exercícios Baseado em seus conhecimentos sobre cinética química, explique as seguintes afirmações feitas por leigos ou presentes na mídia: a) Alimentos duram mais na geladeira b) Como o remédio xxx é em pó (efervescente), sua absorção é mais rápida c) É mais fácil lavar roupa usando mais sabão e água morna d) Embora coloquemos hidrogênio e oxigênio num mesmo balão, só ocorrerá a explosão se ocorrer uma faísca