CinéticaQuímicaAula 2 Profa. Claudia Braga
Fatores qualitativos que afetam a velocidade de uma reação química: a. A natureza química dos reagentes; b. Ahabilidadedosreagentesparaentrarememcontatoumcomooutro; c. A concentração dos reagentes; d. A temperatura; e. A disponibilidade dos agentes aceleradores da velocidade de reação, chamados de catalisadores. a. A natureza química dos reagentes: Ligações se rompem e novas ligações se formam durante as reações. As diferenças fundamentais entre as velocidades das reações, portanto, encontram-se nos próprios reagentes, nas tendências herdadas dos átomos, moléculas ou íons que sofrem mudanças nas ligações química. Temos, neste caso, a classificação das reações em lentas e rápidas, conforme visto nos exemplos iniciais.
Uma reaçãoquímica pode serlenta,se os produtos sãoformados em um longointervalo de tempo, como ocorre na corrosão ou no apodrecimento de material orgânico, por exemplo.
Sabemos que uma reação química é rápida se os produtos são formados rapidamente, ou seja, se ocorrem em um curto intervalo de tempo, como acontece, por exemplo, em uma reação de precipitação ou em uma explosão.
b. A habilidade dos reagentes se encontrarem(se colidirem): A maioria das reações envolve dois ou mais reagentes (átomos, moléculas, íons) que devem colidir uns com os outros para a reação ocorrer. Por isso, as reações são realizadas frequentemente em solução ou em fase gasosa, estados em que as espécies reagentes são capazes de colidirem umas com as outras mais facilmente. c. A concentração dos reagentes: As velocidades das reações químicas são afetadas pelas concentrações dos reagentes. Quanto maior a concentração dos reagentes, maior a probabilidade das moléculas colidirem entre si. d. A temperatura do sistema reacional: A maioria das reações químicas ocorrem mais rápido em temperaturas mais elevadas do que em temperaturas mais baixas. Por exemplo, os insetos se movem mais lentamente quando a o ar estáfrio.uminsetoéuma criaturadesanguefrio,oquesignificaqueatemperaturadocorpoé determinada pela temperatura do meio. À medida que o ar esfria, os insetos esfriam da mesma forma, e então a velocidade de seu metabolismo química cai, provocando geralmente o óbito. Porissoque em paísesfrios,comona Europa,nãosevê insetos,enquantoempaísestropicaisa presença desses é um grande problema: dengue, por exemplo.
e. A presença de catalisadores Oa catalisadores são substâncias que aumentam a velocidade das reações químicas, SEM SEREM CONSUMIDOS. Os catalisadores afetam cada momento de nossas vidas. Isso acontece porque as enzimas que direcionam a química de nosso corpo são todas catalisadores. Da mesma forma, são muitas as substâncias usadas nas indústrias químicas para produzir, por exemplo, a gasolina, os plásticos, os fertilizantes e outros produtos que tem se tornado necessários à nossa vida.
ASPECTOS QUANTITATIVOS Investigar a velocidade das reações químicas ( e suas respectivas leis de velocidade ) sob a influência da concentração dos reagentes, da temperatura e dos catalisadores. A velocidade de uma reação química pode ser quantificada com relação à: quantidade de produto formado ou à quantidade de reagente consumido, na unidade de tempo. Em Cinética Química são investigados os fatores que influenciam a velocidade das reações, podendo ser destacados: a. A CONCENTRAÇÃO das espécies envolvidas na reação; b. A TEMPERATURA comqueareaçãoseprocessa; c. Aadiçãodeum CATALISADOR nomeioreacional.
a. Efeito da concentração sobre a velocidade de reação O aumento da concentração inicial dos reagentes origina uma aumento na velocidade de reação. uma vez que, uma reação química é consequência de colisões entre reagentes quando aumentamos a concentração dos reagentes, favorecemos as colisões entre estes. A velocidade das reações químicas e as leis de velocidade: a velocidade de uma reação química pode ser expressa: em termos da variação das concentrações dos reagentes com o decorrer do tempo ou, em termos da variação das concentrações dos produtos com o decorrer do tempo. o gráfico da Figura 1 ilustra essas duas possibilidades:
Suponhaa reação: X Y d[y]/dt=v -d[x]/dt=v
A LEI DE VELOCIDADE (ou EQUAÇÃO DE VELOCIDADE) é determinada experimentalmente e pode ter a forma geral: v = k [ A] n1 [ B] n2 k é a constante de velocidade da reação ou velocidade específica ; n1 e n2 correspondem às ordens de reação parciais em relação aos reagentes A e B, respectivamente; n=n1+n2 corresponde à ordem global da reação. k e n são conhecidos como parâmetros cinéticos
OBSERVAÇÕES: 1.Aordemdeumareaçãogovernaaformamatemáticadaleidevelocidade; 2. A ordem de reação não pode ser prevista a partir da equação estequiométrica, ela deve ser investigada experimentalmente; 3. Quando a ordem de reação coincide com a estequiometria da reação, é confiável supor que a reação ocorre segundo a equação que a representa. Caso contrário, temos que propor um mecanismo que concorde com a ordem de reação observada experimentalmente; 4. A ordem de reação não necessita ser um número inteiro. Geralmente, reações de ordem fracionária significam complexidade no mecanismo.
Exemplos: 1. N 2 O 5 2NO 2 +½O 2 (reaçãode1 a ordem) d[ N 2 O5] v = = k [ N 2 dt O 5 ] 2. (C 2 H 5 ) 3 N+C 2 H 5 Br (C 2 H 5 ) 4 NBr (reaçãode2 a ordem) d[( C 2 H5) 3N] v = = k [ C2H5) 3N][ C2H5 Br ] dt 3. 2 NO + Cl 2 2 NOCl (reaçãode3 a ordem) 1 d[ NO] v = = 2 dt k [ NO 2 ] [ Cl2 ] OBS.Sãoconhecidasapenas5reaçõesgasosasde3 a ordeme,cadaumadelascompreende ainteraçãodenocomcl 2,Br 2,O 2,H 2 ed 2. 1 d[ CH CHO] v = = k (reação de ordem fracionária) 2 dt 4. CH 3 CHO CH 4 + CO 3 3 [ CH3CHO] OBS. Reação de mecanismo complexo. 2
UNIDADES Concentração: mol L -1 Tempo: h, min, s, Velocidade: mol L -1 s -1 A unidade da constante de velocidade, k, depende da ordem de reação v= k [C] n n=1 (1 a ordem): k= mol L -1 s -1 /mol L -1 = s -1 n=2 (2 a ordem): k = mol L -1 s -1 /mol 2 L -2 = mol -1 L s -1 n (n a ordem): k = mol L -1 s -1 /mol n L -n = mol 1-n L n-1 s -1