CINÉTICA QUÍMICA VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO Giseli Menegat e Maira Gazzi Manfro giseli.menegat@caxias.ifrs.edu.br maira.manfro@caxias.ifrs.edu.br
VELOCIDADE MÉDIA DAS REAÇÕES O conceito de velocidade abordado em química é diferente daquele visto em física, onde a velocidade é um vetor. Aqui, essa medida é uma grandeza escalar que ajuda na interpretação de reações como a formação de parafina, uma reação lenta, a combustão do álcool etílico, uma reação rápida, e até mesmo uma explosão, uma reação instantânea. Vm = n = mols/min tempo Vm = quantidade tempo Vm = m = g/s tempo Vm = [ ] = mol/l.min tempo Vm = V = ml/s tempo
VELOCIDADE MÉDIA DAS REAÇÕES Considere o exemplo: Um químico coloca em um recipiente um mol de acetileno gasoso e dois mols de hidrogênio gasoso e observa a velocidade dos compostos nos 10 primeiros segundos. Tempo (min) Quantidade de matéria de C 2 H 2 Quantidade de matéria de H 2 Quantidade de matéria de C 2 H 6 0 50 60 0 2 38 36 11 4 34 30 16 6 30 20 20
VELOCIDADE MÉDIA DAS REAÇÕES Vamos calcular a velocidade do acetileno e do hidrogênio em um intervalo de tempo de 2 a 4 minutos. Como o reagente é consumido ele ficaria Vm = - (34-38) / 4-2 Vm = [ ] = mol/l.min negativo. Colocamos o sinal negativo na Vm = +4/2 frente porque o resultado tem que ser tempo Vm acetileno = 2 mol/l. min positivo já que é velocidade. Vm = - (30-36) / 4-2 Vm = +6/2 Vm hidrogênio = 3 mol/l. min O hidrogênio vai se decompor mais rápido porque ele é 2 mol/l Vamos calcular a velocidade do etano em um intervalo de tempo de 4 a 6 minutos. Vm = 20-16 / 6-2 Vm = +4/4 Vm etano = 1 mol/l. min
VELOCIDADE MÉDIA DAS REAÇÕES Podemos representar esse processo por um gráfico: Observe que o C 2 H 6 por ser produto inicia no 0, já que não tem nenhuma matéria ainda formada. Enquanto os reagentes iniciam em outros pontos pois já tem uma quantidade pronta. Os dados e valores das tabelas e gráficos são meramente fictício e de autoria própria.
FATORES QUE INTERFEREM NA VELOCIDADE CONCENTRAÇÃO = quanto maior a concentração, maior será o número de partículas dissolvidas e assim, aumenta a frequência de colisões entre as moléculas de reagentes, ou seja, aumenta os choques eficazes. TEMPERATURA= quando se aumenta a temperatura, aumenta a energia cinética molecular e, por isso, as colisões entre as moléculas são maiores aumentando o número de choque eficazes. SUPERFÍCIE DE CONTATO= afetam no caso dos reagentes se encontrarem em fases diferentes, um reação acontece mais rápido se as partículas forem menores. Exemplo, palha de aço e um prego a palha de aço reagirá mais rápido por
FATORES QUE INTERFEREM NA VELOCIDADE PRESSÃO= aumentando a pressão, diminui o volume aumentando os choques das partículas. CHOQUES EFICAZES = favorece que as moléculas encontram-se umas com as outras, havendo colisão entre si, o que promove a formação do complexo ativado e, consequentemente, dos produtos da reação. Os choques entre as moléculas devem ocorrer com uma energia mínima para que o complexo ativado seja formado, a chamada energia de ativação. ENERGIA DE ATIVAÇÃO (Ea) = é o mínimo de energia para as moléculas reagirem. Quanto maior for a energia de ativação, mais lenta será a reação. H Figura 1. Representação da velocidade de uma reação qualquer.
EFEITO DO CATALISADOR O catalisador aumenta a velocidade de uma reação por que abaixa a energia de ativação. O que é um catalisador? É uma substância que aumenta a velocidade de uma reação sem ser consumido no processo. O que é uma catálise? Processo que aumenta a velocidade por causa do catalisador. ATIVADORES Substância adicionada ao catalisador para AUMENTAR a velocidade VENENO Substância adicionada ao catalisador para DIMINUIR a velocidade INIBIDOR Substância adicionada na reação para RETARDAR a velocidade.
GRÁFICO DA VELOCIDADE COM CATALISADOR A linha vermelha representa a curva da reação sem catalisador e a linha azul, a curva da velocidade com catalisador. A diferença entre os gráficos está somente na energia de ativação. A entalpia continua a mesma. Figura 2. Gráfico da velocidade de uma reação hipotética com catalisador
EXERCÍCIOS 1. (UFPE- adaptada) O gráfico ao lado representa a variação da concentração com o tempo. Qual é a alternativa que melhor descreve a reação? a) 2A + B C b) A 2B + C c) B + 2C A d) 2B + C A e) B + C A
EXERCÍCIOS 2. Dada a reação 2NH 3(g) N 2(g) + 3H 2 (g) e os dados na tabela determine a velocidade de decomposição da amônia e formação de gás nitrogênio nos intervalos: a) 0 e 1h; b) 1h e 2h; c) 2h e 3h Tempo (min) NH3(g) N2(g) 3H2 (g) 0 8 0 0 1 4 3 6 2 2 5 10 3 1 6 12 3. Considerando as informações do exercício anterior, se aumentasse a temperatura o que aconteceria com a reação no intervalo de tempo de 0 a
EXERCÍCIOS 4. Catalisador é toda substância que aumenta a taxa de desenvolvimento de determinadas reações químicas sem, contudo, participar dos produtos da reação, sendo integralmente recuperado no final, tanto em massa quanto na composição. Os catalisadores conseguem aumentar a velocidade das reações porque: a) Com a presença do catalisador, a concentração aumenta, ou seja, aumenta o número de partículas por unidade de volume e, consequentemente, o número de choques efetivos será maior. b) Com o catalisador, há mais choques efetivos, aumentando a energia cinética das partículas, aumentando a temperatura do sistema, que faz a reação se processar mais rápido. c) O catalisador aumenta o número de partículas por unidade de volume e, consequentemente, a pressão aumenta, aumentando a taxa de desenvolvimento da reação. d) O catalisador participa da formação do complexo ativado, fazendo com que os reagentes necessitem de uma energia de ativação menor para atingir esse estado, aumentando, dessa forma, a taxa de desenvolvimento da reação. e) O catalisador tem afinidade com todos os reagentes, ligando-se a todos eles e aumentando a velocidade com que eles se ligam.
RESPOSTAS 1. c 2. a) Vm amônia = - (4-8)/1-0 = 4/1 = 4 mol/l.min Vm nitrogênio = 3-0 / 1-0 = 3 mol/l. min b) Vm amônia = - (2-4)/2-1 = 2/2 = 1 mol/l.min Vm nitrogênio = 5-3 / 2-1 = 1 mol/l. min c) Vm amônia = - (1-2)/3-2 = 1 mol/l.min Vm nitrogênio = 6-5 / 2-1 = 1 mol/l. min 3. Aumentaria pois aumenta o número de choques eficazes. 4. 4. d
REFERÊNCIAS Figura 1. https://alunosonline.uol.com.br/upload/conteudo/images/reacoes-endotermicas(2).jpg Figura 2. https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/upload/conteudo/images/grafico-energia-de-ativacaoe-catalisador.jpg MANUAL DO MUNDO. Teoria da colisão. Disponível em: https://manualdaquimica.uol.com.br/fisico-quimica/teoria-colisao.htm. Acesso em 08 de jun. 2018. PERUZZO, Francisco Miragaia; CANTO, Eduardo Leite do. Química na abordagem do cotidiano, volume único, 3. ed. São Paulo: Moderna, 2007