Cinética Química. Prof. Alexandre D. Marquioreto

Transcrição

1 Prof. Alexandre D. Marquioreto

2 Estuda as velocidades, mecanismos e os fatores que podem interferir nas reações químicas. Lentas Reações Químicas Rápidas

3 Reação Rápida Cinética Química Faísca 2 H 2(g) + 1 O 2(g) 2 H 2 O (v)

4 Reação Lenta Cinética Química

5 Número de moléculas. A B Moléculas de B Moléculas de A tempo (s)

6 Velocidade Média (Vm) É o quociente entre a variação das quantidades, dos reagentes ( r) ou dos produtos ( p), e o intervalo de tempo ( t) no qual essa variação ocorreu. V = quantidade tempo Vm = [ ] (mol/l) tempo Obs.: As quantidades podem ser expressas em massa, volume (para gases), número de mol. O tempo pode ser expresso em hora (h), minuto (min) e segundo (s).

7 Velocidade Média (Vm) [ ] mol/l. A B Moléculas de B Vm = [ B ] (mol/l) t (s) Moléculas de A tempo (s) Vm = - [ A ] (mol/l) t (s)

8 Curva de decomposição H 2 O 2 I) Vm = - (0,5 0,8) 10 Vm = 0,03 mol/l. min II) Vm = - (0,3 0,5) 10 Vm = 0,02 mol/l. min III) Vm = - (0,2 0,3) 10 Vm = 0,01 mol/l. min

9 Velocidade Média (Vm) Como calcular a velocidade média de uma reação quando a proporção entre o número de mols é diferente? 2 H 2 O 2(aq) 2 H 2 O (l) + 1 O 2(g) Proporção 2 2 1

10 2 H 2 O 2(aq) 2 H 2 O (l) + 1 O 2(g) Velocidade de consumo Velocidade de formação Velocidade de formação Vm = - [H 2 O 2 ] t Vm = [H 2 O] t Vm = [O 2 ] t Vm reação = Vm H 2 O 2 = Vm H 2 O = Vm O

11 Condições para uma reação ocorrer Natureza dos reagentes Contato entre eles Eficiência dos choques Energia de ativação

12 Teoria da Colisão Geometria favorável NO N 2 + O 2 Geometria desfavorável N 2 O 2

13 Teoria da Colisão O 2 N 2 O N 2 NO Reagentes O N Complexo Ativado Produtos Estado intermediário formado entre reagentes e produtos

14 Teoria da Colisão Para que as colisões se tornem favoráveis é preciso que haja um mínimo de energia, sendo essa conhecida Energia de ativação. Energia de Ativação é a quantidade mínima de energia necessária que deve ser fornecida aos reagentes para a formação do complexo ativado e, consequentemente, para a formação do produto.

15 Reações que exigem menor energia de ativação ocorrem mais rapidamente

16 Fatores que Influenciam na Velocidade de uma Reação Superfície de Contato Quanto maior a superfície de contato dos reagentes envolvidos, maior a velocidade da reação.

17 Fatores que Influenciam na Velocidade de uma Reação Superfície de Contato

18 Fatores que Influenciam na Velocidade de uma Reação Luz (Fotólise) Escuro 1 H 2(g) + 1 Cl 2(g) 2 HCl (g) (reação muito lenta) Luz 1 H 2(g) + 1 Cl 2(g) 2 HCl (g) (reação rápida) Luz 2 AgBr (sólido castanho-avermelhado) 2 Ag (s) + 1 Br 2(l)

19 Fatores que Influenciam na Velocidade de uma Reação Temperatura Ao aumentar a temperatura da reação ocorre absorção de energia, e com isso, um aumento da energia cinética das moléculas que se movimentam rapidamente, havendo maior colisões entre elas, tendo desse modo, uma velocidade mais rápida.

20 Fatores que Influenciam na Velocidade de uma Reação Pressão Aumentando a pressão de um sistema gasoso, implica maior contato entre os reagentes, diminuindo o volume. Assim, possibilitará maior número de colisões entre as partículas e, consequentemente, aumento na velocidade de reação.

21 Fatores que Influenciam na Velocidade de uma Reação Presença de Catalisador Tem a função de reduzir a energia de ativação da reação, para que o reagente chegue mais rapidamente na formação do complexo ativado, formando o produto. No entanto, não pode participar da reação, sendo regenerado no final.

22 Catálise Homogênea Cinética Química O catalisador forma com os reagentes um sistema monofásico. Etapa I: 2 SO 2(g) + 2 NO 2(g) 2 SO 3(g) + 2 NO (g) Etapa II: 2 NO (g) + 1 O 2(g) 2 NO 2(g) Reação global: 2 SO 2(g) + 1 O 2(g) 2 SO 3(g) Catálise Heterogênea O catalisador forma com os reagentes um sistema polifásico. V 2 O 5(s) 2 SO 2(g) + 1 O 2(g) 2 SO 3(g)

23 Fatores que Influenciam na Velocidade de uma Reação Presença de Catalisador

24 Fatores que Influenciam na Velocidade de uma Reação Inibidores Diminuem a velocidade da reação porque aumentam a energia de ativação necessária para os reagentes atingirem o complexo ativado. Sua função está relacionada à ação conservante de alimentos perecíveis, retardando a degradação natural de produtos como alimentos, bebidas, cosméticos e remédios.

25 Fatores que Influenciam na Velocidade de uma Reação Concentração dos Reagentes Quanto maior a concentração de partículas dos reagentes, maior será o número de colisões efetivas e consequentemente maior a velocidade da reação.

26 Lei da Ação das Massas (1864), Cato Guldberg e Peter Waage A cada temperatura, a velocidade de uma reação é diretamente proporcional ao produto das concentrações em quantidade de matéria dos reagentes, elevadas a expoentes determinados experimentalmente.

27 Lei da Ação das Massas aa + bb cc + dd V = k [A] [B] β K é uma constante da velocidade a uma dada temperatura. e β são expoentes determinados experimentalmente.

28 Reação Elementar Quando a reação química se desenvolve em uma única etapa, dizemos que a reação é elementar. Numa reação elementar, os expoentes a que devem ser elevadas as concentrações dos reagentes na expressão da velocidade são os próprios coeficientes dos reagentes na equação balanceada. aa + bb cc + dd V = k [A] a [B] b

29 Reação Elementar 1 H 3 O OH - 2 H 2 O V = k [H 3 O + ] 1. [OH - ] 1 A velocidade da reação de formação da água é proporcional ao produto de uma constante ( que depende apenas da temperatura) pela concentração em quantidade de matéria do cátion hidrônio elevado a 1ª potência, multiplicado pela concentração em quantidade de matéria do ânion hidróxido, também elevava a 1ª potência.

30 Reação Não-Elementar Quando a reação se desenvolve em duas ou mais etapas distintas, a velocidade da reação depende apenas da velocidade da etapa lenta, sendo essa determinante na velocidade da reação.

31 Reação Não-Elementar 2 H 2(g) + 2 NO (g) 1 N 2(g) + 2 H 2 O (l) Etapa I 1 H NO 1 N 2 O + 1 H 2 O (lenta) Etapa II 1 H N 2 O 1 N H 2 O (rápida) Reação global 2 H 2(g) + 2 NO (g) 1 N 2(g) + 2 H 2 O (l) V = k [H 2 ]. [NO] 2

32 Energia / kcal. mol -1 Reação Não-Elementar 2 H 2(g) + 2 NO (g) 1 N 2(g) + 2 H 2 O (l) Ea (I) Ea (II) 1 H NO 1 N 2 O + 1 H 2 O 1 H N 2 O 1 N H 2 O Etapa I Etapa II Caminho da reação

33 Ordem de uma reação Chama-se de ordem de uma reação a soma de todos os expoentes que aparecem na expressão da velocidade da reação. aa + bb + cc +... dd + ee + ff +... V = k [A] a. [B] b. [C] c Ordem da reação: a + b + c

34 Ordem de uma reação A ordem de uma reação também pode ser expressa em relação a um determinado reagente:

35 Ordem de uma reação 2 H 2(g) + 2 NO (g) 1 N 2(g) + 2 H 2 O (l) V = k [H 2 ]. [NO] 2

36 Ordem de uma reação aa + bb + cc dd + ee + ff Experiência [A] [B] [C] Velocidade mol(l.min -1 ) 1ª 2 mol/l 3 mol/l 1 mol/l V 1 = 0,5 2ª 4 mol/l 3 mol/l 1 mol/l V 2 = 2,0 3ª 4 mol/l 6 mol/l 1 mol/l V 3 = 2,0 4ª 4 mol/l 6 mol/l 2 mol/l V 4 = 16,0 Comparando 1ª e 2ª V= k [A] 2 4 V = k [2 A] 2 Comparando 2ª e 3ª V = k [B] 0 Comparando 3ª e 4ª V= k [C] 3 8 V = k[2 C] 3

37 Molecularidade de uma reação Reação Elementar 1 H 3 O OH - 2 H 2 O Molecularidade = 2 ou bimolecular (colisão entre 2 íons)

38 Molecularidade de uma reação Reação Não-Elementar Etapa I 1 H NO 1 N 2 O + 1 H 2 O (lenta) Etapa II 1 H N 2 O 1 N H 2 O (rápida) Reação global 2 H 2(g) + 2 NO (g) 1 N 2(g) + 2 H 2 O (l) Molecularidade (EtapaI) = 3 ou trimolecular Molecularidade (Etapa II) = 2 ou bimolecular

39 Referência Bibliográfica Acesso 13/09/2015 Fonseca, Martha Reis Marques da. Química: físico-química. São Paulo: FTD, 2007.

40 Por enquanto é só!! Até a próxima! Valeu pessoal!!