CINÉTICA QUÍMICA TUTOR: LUIZ EDUARDO NOCHI DISCIPLINA: QUÍMICA (FÍSICO QUÍMICA) CURSO ALCANCE (TURMA A E B ) DATA: 17/09/2016

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1 CINÉTICA QUÍMICA TUTOR: LUIZ EDUARDO NOCHI DISCIPLINA: QUÍMICA (FÍSICO QUÍMICA) CURSO ALCANCE (TURMA A E B ) DATA: 17/09/2016

2 O QUE É CINÉTICA QUÍMICA? É a área da química que estuda a velocidade das reações químicas e dos fatores que alteram a sua velocidade.

3 VELOCIDADE DAS REAÇÕES A velocidade de uma reação química é definida como a variação na quantidade de uma substância dividido pelo intervalo de tempo durante o qual esta variação ocorre; V = Quantidade Tempo Nº mols [ ] em mol/l Massa, volume,... segundos horas minutos

4 VELOCIDADE MÉDIA DAS REAÇÕES Considere a reação genérica: A + B C Para a reação, a velocidade pode ser expresso em termos de Δ[ ] de qualquer um dos seus componentes. V = [A t = [B t = [C t * Sinal negativo, pois os reagentes estão sendo consumidos durante a reação. * Δ[A] = [A] 2 [A] 1

5 EXEMPLO 1: Considere a reação genérica: A + 3B 2C V = [A t = [B 3 t = [C 2 t * Velocidade do consumo de B é 3x maior do que o consumo de A. * Velocidade de formação de C é 2x maior do que o consumo de A.

6 EQUAÇÃO GERAL DA VELOCIDADE MÉDIA PARA UMA REAÇÃO aa + bb cc + dd V = A a t = B b t = C c t = [D d t

7 EXEMPLO 2: (MACKENZIE) X + 2Y Z Na reação acima equacionada, observou-se a variação na concentração de X em função do tempo, segundo a tabela a seguir: TEMPO (s) [X] mol/l 0,255 0,220 0,200 0,190 0,100 No intervalo de 4 a 6 minutos, a velocidade média da reação em mol/l.min, é: a) 0,010 c) 0,005 e) 0,200 b) 0,255 d) 0,100 V = 0,19 0,2 2 = 0,005 mol L. min

8 MECANISMO DAS REAÇÕES (TEORIA DAS COLISÕES) Para uma reação ocorrer, é necessário que ela seja termodinamicamente favorável. Além disso, é preciso também que os reagentes estejam em contato; Esse contato foi estudado através da teoria das colisões. Segundo a teoria das colisões, a velocidade de uma reação química está relacionada com 3 fatores: CHOQUE ENTRE AS MOLÉCULAS: para ocorrer uma reação é necessário que os reagentes estejam em contato para que suas moléculas se choquem uma com as outras. A frequência dos choques está entre os fatores que alteram a velocidade das reações. Quanto maior a frequência dos choques, maior a velocidade das reações; ENERGIA DO CHOQUE: o choque entre as moléculas deve ser efetivo. Choques com baixa energia são chamados de choques não efetivos. Se não houver energia suficiente em um choque entre moléculas para formar o complexo ativado, não haverá quebra de ligações e a reação não ocorrerá. Essa energia mínima é chamada de energia de ativação; ORIENTAÇÃO DO CHOQUE: além da energia mínima para que um choque seja efetivo, é necessário também que as moléculas estejam orientadas adequadamente no instante do choque para que se forme o completo ativado.

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10 ENERGIA DE ATIVAÇÃO É a energia necessária para que se alcance o complexo ativado de uma reação; Podemos descrever se uma reação é endortérmica ou exotérmica através de gráficos que ilustram a energia de ativação (Eat); Eat de uma reação pode ser alta, pequena ou zero; Reações com alta energia de ativação, tem baixa velocidade de reação; Reações com baixa energia de ativação, tem alta velocidade de reação;

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12 FATORES QUE ALTERAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES: Quanto maior a concentração dos reagentes maior a velocidade de reação? Verdade, pois quanto maior a concentração dos reagentes, maior é o número de moléculas ocupando o mesmo espaço, a frequência de choques é maior, logo a probabilidade de ocorrerem choques efetivos também é grande; A velocidade da reação tende a diminuir com o passar do tempo? Verdade, a concentração dos reagentes com o passar do tempo tende a diminuir, pois os mesmo são consumidos durante a reação.

13 - Considere uma reação química genérica: A + B C - A lei de velocidade da reação pode ser expressa como sendo: V = K A x B y Onde: V = velocidade da reação em dado instante; K = constante de proporcionalidade; x e y = expoentes que devem ser determinados experimentalmente; A e B = concentração dos reagentes naquele instante; - À soma de x e y é atribuído o nome de ordem de reação global;

14 Exemplo: V = K [A] V = K [A].[B] 1ª ordem 1ª ordem em relação a A e B. Ordem global: 2ª ordem V = K [A].[B]² 1ª ordem em relação a A, 2ª ordem em relação a B. Ordem global: 3ª ordem. Para encontrarmos os expoentes das concentrações para a equação de velocidade de uma reação, geralmente analisa-se a velocidade instantânea da reação em diferentes concentrações.

15 Exemplo: Considere a reação de decomposição do azometano: H 3 C N = N CH 3 (g) C 2 H 6(g) + N 2(g) Essa reação foi repetida 3x alterando-se apenas a concentração dos reagentes. 2x [Azometano] 0 (mol/l) Velocidade inicial (mol/l.min) 2x10-2 3,2x10-4 4x10-2 6,4x10-4 2x 2x 8x ,8x10-4 2x a) Encontre a ordem de reação para o Azometano. b) Determine a ordem global de reação. c) Determine a lei de velocidade para a reação de decomposição do azometano. d) Encontre o valor da constante K. RESOLUÇÃO NO QUADRO

16 Exemplo: Considere a seguinte reação genérica: 3A + 2B 4C +D A partir de observações em laboratório, foi construída a seguinte tabela: [A] em mol/l [B] em mol/l Velocidade inicial em mol/l. s 0,1 0,1 1,8x10-4 2x 0,2 0,1 3,6x10-4 0,2 0,2 2,88x10-3 2x 8x 2x a) Encontre a ordem de reação para os reagentes. b) Determine a ordem global de reação. c) Determine a lei de velocidade para a reação acima. d) Encontre o valor da constante K. RESOLUÇÃO NO QUADRO

17 FATORES QUE ALTERAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES TEMPERATURA: Quanto maior a temperatura da reação maior será a velocidade de reação? Verdade, pois quanto maior a temperatura da reação, maior é a energia cinética das moléculas, a frequência de choques é maior, logo a probabilidade de ocorrerem choques efetivos também é grande; A maioria das reações químicas são mais rápidas em temperaturas mais altas.

18 FATORES QUE ALTERAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES SUPERFÍCIE DE CONTATO: No caso de reações com reagentes sólidos, a superfície de contato entre os reagentes torna-se um fator muito importante na velocidade de reação. Nas mesmas condições reacionais, quanto mais fragmentados estiverem os reagentes, maior será a velocidade da reação. EXEMPLO: Antiácidos efervescentes em pó ou em pastilha

19 FATORES QUE ALTERAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES CATALISADOR: Catalisadores desempenham um papel fundamental na nossa economia industrial moderna. Eles são substâncias que aceleram uma reação, mas que não são consumidos por ela e não aparecem na equação da reação líquida; Além disso, afetam a velocidade tanto na reação direta quanto na reação inversa; Enzimas são catalisadores biológicos naturais. São proteínas que possuem função especifica, ou seja, para cada reação existe uma enzima específica.

20 REAÇÕES ELEMENTARES : *LEI DE AÇÃO DE MASSAS É possível determinar a fórmula da velocidade de reação sem realizar experimentos?? Sim, se soubermos o mecanismo da reação. Mecanismo da reação é o passo a passo dos eventos em nível molecular que levam os reagentes a produtos. EXEMPLO: Considere a reação elementar abaixo: aa + bb produtos A lei de velocidade da reação pode ser descrita como sendo: V = K A a B b Onde: V = velocidade da reação em dado instante; K = constante de proporcionalidade; a e b = número de moléculas que se chocam simultaneamente; A e B = concentração dos reagentes naquele instante;

21 Exemplo: Considerando que a reação NO (g) + O 3 NO 2(g) + O 2(g) é uma reação elementar, responda o que se pede. a) Equação da velocidade. b) Qual a nova velocidade se duplicarmos a concentração de NO e de O 3 mantendo a temperatura constante? RESOLUÇÃO NO QUADRO

22 REAÇÕES ELEMENTARES EM DIVERSAS ETAPAS 1ª etapa: A + B Q 2ª etapa: B + Q C Reação global: A + 2B C Nesse exemplo Q é um intermediário, geralmente instável ou muito reativo. V = K A [B ²

23 ETAPA DETERMINANTE DA VELOCIDADE: - Geralmente, em uma sequência de etapas de reações elementares, uma das reações é muito mais lenta do que as demais, o que causa um efeito de reduzir a velocidade de todas as reações, ou seja, a VELOCIDADE DA REAÇÃO GLOBAL é igual à velocidade da etapa MAIS LENTA da reação. EXEMPLO: Considere a reação genérica a seguir: Mecanismo 1ª etapa: A + B Q 2ª etapa: A + Q C Reação global: 2A + B (etapa lenta) (etapa rápida) C V = K A [B LEI DE VELOCIDADE DA REAÇÃO

24 EXEMPLO: (PUC MG) A reação: NO 2(g) + CO (g) CO 2(g) + NO (g) ocorre em duas etapas: NO 2(g) + NO 2(g) NO 3(g) + NO (g) (etapa lenta) NO 3(g) + CO (g) CO 2(g) + NO 2(g) (etapa rápida) A lei de velocidade para a reação é: a) V = K [NO 2 ]² b) V = K [NO 2 ]² * [CO] c) V = K [NO 3 ] * [CO] d) V = K [CO 2 ]² * [NO]

25 OBRIGADO PELA ATENÇÃO!