BC 0307 Transformações Químicas

Tamanho: px

Começar a partir da página:

Download "BC 0307 Transformações Químicas"

Isabella Marreiro Vilalobos
6 Há anos
Visualizações:

1 BC 0307 Transformações Químicas ANDERSON ORZARI RIBEIRO Bloco B, 10º andar - Sala

2 BC 0307 Transformações Químicas AULA 8 Cinética: leis de velocidade, ordem de reação e sua relação com o mecanismo CAPÍTULO 13 Peter Atkins, Loretta Jones, Princípios de Química - Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, 3 ed., Porto Alegre: Bookman, EXERCÍCIOS: Lista 3, de 3.1 a 3.12

3 Velocidade de Reações Cinética Química (capítulo 13 Atkins) 2 H 2 O 2(l) 2 H 2 O (l) + O 2(g) Qual é a velocidade média de decomposição da H 2 O 2? Qual é a velocidade média da formação do O 2? A velocidade é a mesma durante toda reação? Velocidade média de uma reação é a variação da concentração de um dos reagentes (ou de um dos produtos) durante um intervalo de tempo. Figuras e Tabelas reitradas de: Peter Atkins and Loretta Jones, Chemical Principles:The Quest for Insight, 3 th Ed, 2004, W. H. Freeman & Company.

4 Velocidade Média das reações Existem duas maneiras de medir a velocidade da reação A B a velocidade na qual os produtos são formados; a velocidade na qual os reagentes são consumidos. Representação que significa: concentração do reagente A (. -1 (mol.l B [B]

5 Exemplo: Suponha que estamos estudando a reação: 2 HI (l) H 2(g) + I 2(g) e que descobrimos que, no intervalo de tempo de 10 s, a concentração de HI decresceu de 4,00 mol/l para 3,00 mol/l. Qual é a velocidade média da reação? Vel. Média = V m = - (3,00-4,00) (mol HI. L -1 ) 10 (s) V m = 0,1(mol HI.L -1.s -1 )

6 Velocidade Média das reações Na reação: 2 HI (g) H 2(g) + I 2(g) no intervalo de tempo de 10 s, a concentração de HI decresceu de 4,00 mol/l para 3,00 mol/l. Qual é a velocidade média da reação? Qual a velocidade média de formação de H 2? Vel. Média de formação de I 2 = 0,05 (mol.l -1.s -1 )

7 Velocidade Média das reações Considerando a reação geral abaixo: a A + b B c C + d D A velocidade média única da reação pode ser expressa por : 2 HI (g) H 2(g) + I 2(g)

8 Velocidade Média das reações Na reação: 2 HI (g) H 2(g) + I 2(g) no intervalo de tempo de 10 s, a concentração de HI decresceu de 4,00 mol/l para 3,00 mol/l. Qual é a velocidade média da reação? Vel. Média de decomposição de HI = 0,10 (mol.l -1.s -1 ) Vel. Média de formação de H 2 = 0,05 (mol.l -1.s -1 ) Vel. Média de formação de I 2 = 0,05(mol.L -1.s -1 ) Vel. Média Única = 0,05 (mol.l -1.s -1 )

9 VELOCIDADE INSTANTÂNEA C 4 H 9 Cl (aq) + H 2 O (l) C 4 H 9 OH (aq) + HCl (aq) A velocidade instantânea é dada pela derivada da curva no ponto a ser encontrado v inst d[ A] dt y x y x 0 0 Figuras e Tabelas reitradas de: Peter Atkins and Loretta Jones, Chemical Principles:The Quest for Insight, 3 th Ed, 2004, W. H. Freeman & Company.

10 VELOCIDADE DAS REAÇÕES C 4 H 9 Cl (aq) + H 2 O (l) C 4 H 9 OH (aq) + HCl (aq) Velocidade Concentração do Reagente Velocidade = k. [reagentes] n Velocidade = k. [C 4 H 9 Cl] m [H 2 O] n Figuras e Tabelas reitradas de: Peter Atkins and Loretta Jones, Chemical Principles:The Quest for Insight, 3 th Ed, 2004, W. H. Freeman & Company.

11 VELOCIDADE DAS REAÇÕES Exemplo: NH 4 + (aq) + NO 2 - (aq) N 2(g) + 2H 2 O (l) Velocidade = k. [NH 4+ ] m [NO 2- ] n m = 1 n = 1 Velocidade = k. [NH 4+ ][NO 2- ] Figuras e Tabelas reitradas de: Peter Atkins and Loretta Jones, Chemical Principles:The Quest for Insight, 3 th Ed, 2004, W. H. Freeman & Company.

12 ORDEM DE REAÇÃO Para o reação geral abaixo, envolvendo A e B como reagentes: A + B Produtos A ordem de reação (OR) é a soma dos expoentes da equação de velocidade: v = k [A] x [B] y (OR) = x + y A ordem de reação pode ser inteira ou fracionária. Seu valor é obtido por meio de reações químicas executadas em laboratório, ou seja, é um parâmetro empírico.

13 Exemplos: A produtos A + B produtos A produtos v k[a] v k[ A][ B] 2 v k[a] 1a. Ordem Ordem 1 com relação a A 2a. Ordem Ordem 2, sendo 1 com relação a A e 1 com relação a B 2a. Ordem Ordem 2 com relação a A k representa as constantes de velocidade Os expoentes das expressões cinéticas representam as ordens de reação

14 Figuras e Tabelas reitradas de: Peter Atkins and Loretta Jones, Chemical Principles:The Quest for Insight, 3 th Ed, 2004, W. H. Freeman & Company.

15 Exercício: Considere a reação: 2 NO (g) + O 2(g) 2 NO 2(g) Ao dobrarmos a concentração de NO, a velocidade da reação aumenta 4 vezes. Ao dobrarmos as concentrações de NO e de O 2, a velocidade aumenta 8 vezes. Quais são: (a) a ordem dos reagentes (b) a ordem total da reação

16 Exercício: A velocidade inicial de uma reação A + B C foi medida para várias concentrações iniciais diferentes de A e B, e os resultados são como seguem: N Exp. [A] (mol/l) [B] (mol/l) Veloc. Inicial (mol/l.s) 1 0,100 0,100 4,0 x ,100 0,200 4,0 x ,200 0,100 16,0 x 10-5 Usando esses dados, determine (a) a lei da velocidade para a reação (b) a magnitude da constante de reação (c) a velocidade de reação quando [A] = 0,050 mol/l e [B] = 0,100 mol/l.

17 VELOCIDADE INTEGRADAS V, [ ], t

18 VELOCIDADE DAS REAÇÕES NH 4 + (aq) + NO 2 - (aq) N 2(g) + 2H 2 O (l) Velocidade = k. [NH 4+ ] m [NO 2- ] n m = 1 n = 1 Velocidade = k. [NH 4+ ][NO 2- ]

19 LEIS DE VELOCIDADE INTEGRADAS REAÇÃO DE PRIMEIRA ORDEM 2 H 2 O 2(l) 2 H 2 O (l) + O 2(g) v =- [H 2 O 2 ] t v = k.[h 2 O 2 ] m m = 1; k = 1, min -1, 20 o C Qual é a concentração de H 2 O 2 após exatamente 100 minutos se a concentração inicial for [H 2 O 2 ] = 0,020 mol.l [H 2 O 2 ] = k.[h 2 O 2 ] t - d[h 2 O 2 ] = k.[h 2 O 2 ] dt d[h 2 O 2 ] = - k.dt [H 2 O 2 ] ln [H 2 O 2 ] t = - k.t [H 2 O 2 ] 0

20 LEIS DE VELOCIDADE INTEGRADAS 2 H 2 O 2(l) 2 H 2 O (l) + O 2(g) Qual é a concentração de H 2 O 2 após exatamente 100 minutos se a concentração inicial H 2 O 2 de for [H 2 O 2 ] = 0,020 mol.l -1, a 20 oc, k = 1, min -1. ln [H 2 O 2 ] t = - k.t [H 2 O 2 ] 0 ln [H 2 O 2 ] t = 1, ,020 ln [H 2 O 2 ] t = 0,018 mol.l -1 REAÇÃO DE PRIMEIRA ORDEM R produtos ln [R] t = - k.t [R] 0

21 Meia-vida Meia-vida é o tempo que a concentração de um reagente leva para diminuir para a metade do seu valor inicial. Para um processo de primeira ordem, t ½ é o tempo gasto para [R] 0 alcançar ½[R] 0. ln [R] t = - k.t [R] 0 Figuras e Tabelas reitradas de: Peter Atkins and Loretta Jones, Chemical Principles:The Quest for Insight, 3 th Ed, 2004, W. H. Freeman & Company.

22 Exerc: O mercúrio II é eliminado do organismo por um processo de primeira ordem, que tem meia-vida de 6 dias (6 d). Uma família de agricultores ingeriu mercúrio II acidentalmente ao alimentar-se com grãos contaminados. Que percentagem de mercúrio II permanece no organismo após 30 dias, se medidas terapêuticas não forem tomadas? ,5 6,25 3,125 X t = 0 X/2 t = 6 dias X/4 t = 12 dias X/8 t = 18 dias X/16 t = 24 dias X/32 t = 30 dias 0,03125.X 3,125% de X ln [R] t = - k.t [R] 0

23 LEIS DE VELOCIDADE INTEGRADAS REAÇÃO DE SEGUNDA ORDEM R produtos - [R] = k.[r] 2 t - d[r] = k.[r] 2 dt - d[r] = - k.dt [R] = k. t R t [R] o Considere: 2 HI (g) H 2(g) + I 2(g), onde k = 30,0 L.mol -1.min -1 a 443 o C. Qual é o tempo necessário para que a concentração de HI diminua de 0,010 mol.l -1 a 0,005 mol.l -1 a 443 o C? t = 3,3 min

24 LEIS DE VELOCIDADE INTEGRADAS REAÇÃO DE ORDEM ZERO 2 NH 3(g) N 2(g) + 3 H 2(g) Os experimentos mostram que a decomposição ocorre com velocidade constante até toda a amônia ter desaparecido. Sua velocidade é, portanto, independente da concentração de NH 3. R produtos [R] o [R] t = k.t - [R] = k.[r] 0 t Qual é a constante de velocidade para a decomposição da amônia se experimentalmente observou-se que sua concentração diminui de 1,29 mmol.l. -1 a 0,540 mmol.l -1 em 500 segundos a 856 o C sobre uma superfície metálica?

25 LEIS DE VELOCIDADE INTEGRADAS: GRÁFICOS ORDEM ZERO PRIMEIRA ORDEM SEGUNDA ORDEM [R] o [R] t = k.t [R] t = [R] o k.t y a bx ln [R] t = - k.t [R] 0 ln [R] t = ln [R] o k.t y a bx 1 1 = k. t R t [R] o 1 = 1 + k. t R t [R] o y a bx

26 ORDEM ZERO PRIMEIRA ORDEM SEGUNDA ORDEM [R] t = [R] o k.t ln [R] t = ln [R] o k.t 1 = 1 + k. t R t [R] o y a bx y a bx y a bx Figuras e Tabelas reitradas de: Peter Atkins and Loretta Jones, Chemical Principles:The Quest for Insight, 3 th Ed, 2004, W. H. Freeman & Company.

27 Exercícios Quando o ciclo-propano (C 3 H 6 ) é aquecido a 500 C, ele se transforma no isômero propeno. Os dados da tabela mostram as concentrações de ciclo-propano, medidas em vários instantes diferentes, após o início da reação. t (min) Concentração de C 3 H 6 (mol/l -1 ) 0 1,50 x ,24 x ,00 x ,83 x 10-3 ln = -6,50 ln = -6,70 ln = -6,90 ln = -7,10 a) Confirme que essa reação é de primeira ordem em relação ao C 3 H 6 a) Calcule a constante de velocidade. ln [R] t = ln [R] o k.t -7,02 = -6,56 k.11,6 k = 0,03965 L.mol -1.min -1 Figuras e Tabelas reitradas de: Peter Atkins and Loretta Jones, Chemical Principles:The Quest for Insight, 3 th Ed, 2004, W. H. Freeman & Company.

Documentos relacionados

BCL Transformações Químicas

BCL Transformações Químicas Transformações Químicas ANDERSON ORZARI RIBEIRO anderson.ribeiro@ufabc.edu.br Bloco B, 10º andar - Sala 1043 www.andersonorzari.com Transformações Químicas AULA 8 Cinética: leis de velocidade integradas