Cinética Química
O que é Cinética Química? Ramo da físico-química que estuda a velocidade das reações; Velocidade na química: variação de uma grandeza no tempo: x v t
Velocidade Considere a reação aa bb O reagente A desaparece com velocidade v A A t O produto B aparece com velocidade Estão interligadas pela estequiometria da reação 1 1 v v v a b reação A B v B B t
Velocidade a partir do gráfico Análise do coeficiente angular (inclinação) Em qual ponto a velocidade é maior? v A v B A B
Exemplo Considere a dimerização do dióxido de nitrogênio: 2NO N O 2 2 4 Tempo (s) [NO2] (M) [N2O4] (M) 0 8 0 50 4 2 média 1 [ NO2 ] [ N2O4 ] v 2 t t média 1 4 8 mol / L 2 0 mol / L v 2 50 s 50s
Lei de Velocidade aa bb cc... Produtos Equação empírica que relaciona a velocidade da reação à concentração das substâncias... v k A B C O expoente é a ordem, determinado empiricamente. A ordem equivale ao coeficiente estequiométrico somente quando se tratar de: Reação elementar única etapa
Lei de Velocidade Ordem global da reação é a soma das ordens de cada substância Constante cinética k específica para cada reação; unidades definem a ordem 2 2 1 k L mol s
Determinação da Lei de Velocidade A determinação da Lei de Velocidade depende do conhecimento das ordens de cada substância. Para isso, podemos alterar a concentração de um composto (dobrar) e ver o quanto varia a velocidade: v v 1 2 2 De forma geral, tem-se uma tabela relacionando velocidade (ou algo análogo) às concentrações.
Exemplo v k A B Teste [A]/(mol/L) [B]/(mol/L) Velocidade/(mol/Ls) I 10 10 2 II 10 20 4 III 15 30 13,5 Lei de Velocidade: Constante Cinética: 2 v k A B v k k 2.10 L. mol. s 2 A B 3 2 2 1
Tente fazer! Na atmosfera ocorre a decomposição fotolítica a seguir: 2 NO2(g) 2 NO(g) + O2(g) Essa reação está relacionada ao smog que polui grandes metrópoles. Experimentos cinéticos sobre essa reação resultaram nos seguintes dados: Determine a Lei de velocidade para esta reação.
Tente fazer também! Dada a equação: A + B C e o quadro cinético abaixo a expressão da velocidade que representa a reação é: a) v = k[a] [B] b) v = k[a] c) v = k [B] d) v = k [A] [B]² e) v = k [B]²
Teoria das Colisões Para uma reação ocorrer é necessária uma certa energia (de ativação) e uma orientação correta; Caso tais pré-requisitos sejam cumpridos, forma-se o complexo ativado; A partir dele podemos ter continuidade, formando os produtos, ou retornar ao estado inicial. Molecularidade de uma reação? Conservação do momento linear?
Diagrama de Reação Reação Endotérmica Qual tende a ser a mais rápida? Reação Exotérmica
Fatores que afetam a velocidade A velocidade de reação pode ser aumentada ou diminuída dependendo de fatores externos: Temperatura Colisões Concentração dos reagentes Lei de Velocidade Colisões v k A
Fatores que afetam a velocidade Pressão Lei de Velocidade Colisões A v k A ( ) P A RT Equação de Clapeyron Superfície de Contato Colisões Reação ocorre na superfície do catalisador Catalisador
Catálise Catalisador substância que interage com os reagentes promovendo um novo caminho de reação (novo mecanismo); Mecanismo com menor Ea aumento da velocidade
Catálise heterogênea - adsorção
Exemplo catalisador em carros
Enzimas catalisadores biológicos Agem da mesma forma que os catalisadores, porém em processos biológicos. São proteínas e respeitam o modelo chave-fechadura da biologia, em que há somente uma enzima para seu substrato. Modificam as moléculas do substrato para promoverem a reação.
Tente fazer!
Tente esse também! (Vunesp) Sobre catalisadores, são feitas as quatro afirmações seguintes: I. São substâncias que aumentam a velocidade de uma reação. II. Reduzem a energia de ativação da reação. III. As reações nas quais atuam não ocorreriam nas suas ausências. IV. Enzimas são catalisadores biológicos. Dentre essas afirmações, estão corretas apenas: a) I e II. b) II e III. c) I, II e III. d) I, II e IV. e) II, III e IV.
Reação em duas etapas Verificar: qual é a etapa lenta (determina a lei de velocidade); qual é a etapa rápida. Como? Energia de Ativação
Exercícios Certa reação química é representada pela equação 2A + 2B C, onde A, B e C significam espécies químicas que são colocadas para reagirem, todas gasosas. Verificou-se experimentalmente, numa certa temperatura, que a velocidade dessa reação quadruplica com a duplicação da concentração da espécie A, mas não depende das concentrações das espécies B e C. Assinale a opção que contém, respectivamente, a expressão correta da velocidade e o valor correto da ordem da reação. a) v=k[a]²[b]² e 4 b) v=k[a]²[b]² e 3 c) v=k[a]²[b]² e 2 d) v=k[a]² e 4 e) v=k[a]² e 2
Exercícios Considere a seguinte curva de reação abaixo: a) Escreva o mecanismo de reação (duas etapas); b) Indique a etapa lenta e a lei de velocidade; c) A reação é endotérmica? Justifique.
Exercícios Baseado em seus conhecimentos sobre cinética química, explique as seguintes afirmações feitas por leigos ou presentes na mídia: a) Alimentos duram mais na geladeira b) Como o remédio xxx é em pó (efervescente), sua absorção é mais rápida c) É mais fácil lavar roupa usando mais sabão e água morna d) Embora coloquemos hidrogênio e oxigênio num mesmo balão, só ocorrerá a explosão se ocorrer uma faísca