CINÉTICA QUÍMICA FATORES DE INFLUÊNCIA - TEORIA

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1 Itrodução CINÉTICA QUÍMICA FATORES DE INFLUÊNCIA - TEORIA A Ciética Química estuda a velocidade com a qual as reações acotecem e os fatores que são capazes de realizar ifluêcia sobre ela. A medida mais comum de velocidade detro das reações químicas é a variação de cocetração ou variação de quatidade de mols de uma espécie em um itervalo de tempo defiido. Observe: Para uma reação A B temos que a velocidade de cada composto participate é: v = v = fial iicial Toda reação química evolve o cosumo de reagetes e a formação dos produtos. Sedo assim, a velocidade calculada para um reagete é egativa, equato para um determiado produto ela é positiva. Isso também pode ser iterpretado quado pesamos o módulo da velocidade. Nesse caso, o reagete tem a chamada velocidade de cosumo, equato o produto tem velocidade de formação. Imagie a situação descrita a tabela abaixo: Reação: A 2B Número de mols Iício (t = 0s) Fim (t = 1s) A 5 mols 3 mols B 0 mols 4 mols Para o reagete A: v A = va = Para o produto B: v B = v B = Teoria das Colisões fial fial iicial iicial 3 5 v A = v A = -2 mol/s ou velocidade de cosumo de A = 2 mol/s v B = v B = 4 mol/s ou velocidade de formação de B = 4 mol/s. 1 0 A Teoria das Colisões é utilizada para descrever como e quado uma determiada reação química ocorre. De acordo com ela, para que uma reação acoteça é ecessário: a) a ocorrêcia de colisões etre as moléculas participates; b) colisões devidamete orietadas (colisões efetivas); e c) moléculas adquiram eergia suficiete para a reação ocorrer, ou seja, que atijam a chamada Eergia de Ativação. Defiido melhor, temos que a Eergia de Ativação (E At ) é a míima eergia ecessária para que o complexo ativado seja formado e para que a reação efetivamete ocorra. O complexo ativado é um poto itermediário a reação, situado etre os reagetes e produtos o qual aida existem ligações presetes os reagetes (que estão em processo de quebra) e já aparecem as ligações que vão formar os produtos (que estão em processo de formação) e o qual a eergia é máxima. Observe a seguite reação: A 2 + B 2 2AB Num mometo iicial, o qual temos apeas os reagetes, as moléculas estão com as ligações abaixo:

2 O complexo ativado da reação é: Até que um mometo fial teríamos apeas o produto da reação química: A eergia de ativação seria etão a eergia ecessária para que o complexo ativado seja atigido partido dos reagetes, ou seja, a eergia etre o patamar dos reagetes e o máximo de eergia da reação e está represetada o gráfico abaixo (E A ): Fatores de Ifluêcia a) Natureza dos reagetes Para que as reações químicas acoteçam sempre é ecessário que os reagetes possuam algum tipo de afiidade que permita a quebra das ligações previamete existetes e a formação de ovas ligações relativas aos produtos da reação. Sedo assim, quato maior for a afiidade etre as espécies mais rapidamete ocorrerá a reação. b) Temperatura A temperatura de qualquer sistema pode ser defiida como o grau de agitação das moléculas presetes o mesmo. A elevação da temperatura produz aumeto tato a quatidade de colisões etre as partículas reagetes, quato a eergia ciética das partículas, aumetado a freqüêcia e as chaces de choques produtivos, implicado aumeto da velocidade da reação. Uma observação importate é que a velocidade da reação sempre aumeta com o aumeto da temperatura (diretamete proporcioais), idepedete se estamos tratado uma reação edotérmica ou uma reação exotérmica. c) Cocetração dos Reagetes O aumeto a cocetração dos reagetes provoca um aumeto a quatidade de choques e a freqüêcia dos mesmos, ou seja, é resposável por acelerar a reação. d) Estado Físico dos Reagetes O estado físico dos reagetes também é um fator ifluete a velocidade de uma reação. Em fase gasosa e em fase líquida as reações são bem mais rápidas do que em fase sólida, por haver maior cotato etre os reagetes, com aumeto da freqüêcia de colisões. Por sua vez, em fase sólida a reação será tato mais rápida quato maior for a superfície de cotato dispoível.

3 e) Superfície de cotato Quato maior for a superfície de cotato, maior será a quatidade de choques efetivos realizados um dado itervalo de tempo, ou seja, maior será a velocidade da reação. Sedo assim, por exemplo, quado reagimos um sólido pulverizado ao ivés de uma placa do mesmo sólido, a superfície de cotato é maior e coseqüetemete a velocidade da reação aumeta. f) Catalisador Catalisador de uma reação é uma substâcia que tem as seguites propriedades: - Não é cosumido a reação global - Aumeta a velocidade da reação - Não ifluecia o equilíbrio da reação O catalisador geralmete provoca alteração o mecaismo da reação, e, sedo assim, o aumeto da velocidade da reação é provocado pela redução da eergia de ativação. Além disso, determiados compostos podem fucioar como iibidores, reduzido a velocidade da reação a partir do aumeto da eergia de ativação. Observe o gráfico: No gráfico acima, a reação ormal é represetada a curva de eergia de ativação E A. A iserção de um catalisador aumeta essa velocidade através da dimiuição da eergia de ativação que passa a ser E a1, equato que a iserção de um iibidor provocaria a redução da velocidade da reação através do aumeto da eergia de ativação que passa a ser E a2. Ex: 2 H 2 O 2 2 H2 O + O 2 (g) ; velocidade = v MO 2 (s) 2 H 2 O 2 2 H 2 O + O 2 (g) ; velocidade = v 1 ace tailida 2 H 2 O 2 2 H 2 O + O 2 (g) ; velocidade = v 2 Como v 1 > v > v 2, temos que o dióxido de magaês é um catalisador e a acetailida é um iibidor para a decomposição da água oxigeada (peróxido de hidrogêio). Observações (1) O coceito de catalisador está diretamete relacioado com a reação específica. Nehuma substâcia pode ser chamada isoladamete de catalisador, já que ela só é catalisadora de uma determiada reação e precisa da mesma para ser assim classificada. (2) Promotor de catálise é uma substâcia que melhora o desempeho do catalisador. Veeo catalítico é uma substâcia que prejudica o desempeho do catalisador. (3) A catálise pode ser classificada em homogêea (quado o catalisador e o meio reacioal formam uma só fase) ou heterogêea (quado o catalisador e o meio reacioal estão em fases diferetes).

4 Exercícios Resolvidos 1) (Fuvest 94) NaHSO 4 + CH 3 COONa CH 3 COOH + Na 2 SO 4 A reação represetada pela equação acima é realizada segudo dois procedimetos: I. Triturado reagetes sólidos. II. Misturado soluções aquosas cocetradas dos reagetes. Utilizado mesma quatidade de NaHSO 4 temperatura, a formação do ácido acético: e mesma quatidade de CH 3 COONa esses procedimetos, à mesma a) é mais rápida em II porque em solução a freqüêcia de colisões etre os reagetes é maior. b) é mais rápida em I porque o estado sólido a cocetração dos reagetes é maior. c) ocorre em I e II com igual velocidade porque os reagetes são os mesmos. d) é mais rápida em I porque o ácido acético é liberado a forma de vapor. e) é mais rápida em II porque o ácido acético se dissolve a água. Solução: Com relação aos estados físicos, o estado gasoso tem velocidade maior que o estado líquido que tem velocidade maior do que o estado sólido. Sedo assim, em II, ode a reação se processa em solução aquosa a freqüêcia de colisões é maior e cosequetemete é maior a velocidade. Logo, o gabarito é letra A. 2. (Ita 2001) Cosidere as seguites afirmações relativas a reações químicas ocorredo sob as mesmas temperatura e pressão e matidas costates. I. Uma reação química realizada com a adição de um catalisador é deomiada heterogêea se existir uma superfície de cotato visível etre os reagetes e o catalisador. II. A ordem de qualquer reação química em relação à cocetração do catalisador é igual a zero. III. A costate de equilíbrio de uma reação química realizada com a adição de um catalisador tem valor umérico maior do que o da reação ão catalisada. IV. A lei de velocidade de uma reação química realizada com a adição de um catalisador, matidas costates as cocetrações dos demais reagetes, é igual àquela da mesma reação ão catalisada. V. Um dos produtos de uma reação química pode ser o catalisador desta mesma reação. Das afirmações feitas, estão CORRETAS a) apeas I e III. b) apeas I e V. c) apeas I, II e IV. d) apeas II, IV e V. e) apeas III, IV e V. Solução: B I) Verdadeiro. A catálise heterogêea ocorre quado existe mais de uma fase etre reagetes e catalisador. II) Falso. O catalisador ão possui ecessariamete ordem zero o que se refere à velocidade da reação. III) Falso. O catalisador ão altera o equilíbrio. IV) Falso. O catalisador geralmete altera o mecaismo da reação, e, sedo assim, altera a lei de velocidade da reação. V) Verdadeiro. O produto da reação pode ser seu catalisador, e, como isso, a reação aumetaria de velocidade até que os reagetes se esgotassem.

5 3. (Ufjf 2006) Cosidere o diagrama de eergia da reação de decomposição do H 2 O 2 represetado. Assiale a alterativa INCORRETA: a) A reação de decomposição do H 2 O 2 é exotérmica. b) A curva "A" apreseta maior eergia de ativação que a curva "B". c) A preseça de um catalisador afeta o H da reação. d) A curva "B" represeta a reação com a preseça de um catalisador. e) A letra "Z" represeta o H da reação de decomposição do H 2 O 2 Solução: C A) Verdadeiro. O ível de eergia dos produtos é meor do que o dos reagetes, sedo assim, a reação é exotérmica. B) Verdadeiro. A curva represetada bem A está acima da curva represetada em B, e, sedo assim, ela tem maior eergia de ativação. C) Falso. O catalisador ão ifluecia em etalpia de reação, ele apeas aumeta a velocidade da mesma. D) Verdadeiro. A curva B apreseta meor eergia de ativação, sedo assim, é a reação catalisada. E) Verdadeiro. O H é a difereça da eergia etre produtos e reagetes coforme mostrado a figura.

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