Aplicada à Engenharia Civil tica Quí tica Quí Profa. Geisamanda Pedrini Brandão Athayde tica Quí O conhecimento e o estudo da das reações são muito importantes em termos industriais, e também estão relacionados ao nosso dia-a-dia, como por exemplo, quando colocamos um alimento na panela de pressão para acelerar seu cozimento. tica Quí No foguete quando o combustível é oxidado na câmara de combustão, libera-se calor aumentando a energia cinética de suas moléculas. Assim que os gases quentes são expelidos pelo escapamento, essa energia é utilizada para lançar o projétil. As reações químicas ocorrem com s diferentes e estas podem ser alteradas, porque além da ão de reagentes e produtos, as s das reações dependem também de outros fatores como: tica Quí tica Quí
Velocidade de uma reaç Velocidade média de uma A de uma reaç é definida como a variaç variação da ão de produtos ou de DeterminaDetermina-se medindo a diminuiç diminuição Br2(aq) + HCOOH (aq) 2Br-(aq) + 2H+(aq) + CO2 (g) reagentes que ocorrem por unidade de tempo. Consideremos a reaç : média [Br 2 final [Br 2 inicial [Br 2 t final t inicial da ão dos reagentes ou o aumento da ão dos produtos. A diminuição da ão de bromo à medida que o tempo passa manifesta-se por uma perda de cor da solução. 8 Velocidade de uma Velocidade média de uma A B Supondo a : o Para t 0 (início da ) há,00 mol de A (00 esferas pretas) e B não está presente. Para t 20 min, existem 0,54 mol A e 0,46 mol B Para t 40 min, existem 0,20 mol A e 0,80 mol B A média da depois de 20 e de 40 min será (0,54 -,00) (0,46-0) 0,023 mol/min 20 20 (0,20 -,00) (0,80-0) 0,020 mol/min 40 40 Velocidade média t 20 Velocidade média t 40 tempo A B Velocidade instantânea C4H9Cl(aq) + H2O(l) C4H9OH(aq) + HCl(aq) A média diminui com o tempo Estequiometria e de Consideremos a seguinte reacção: 2A B A da num determinado instante ( instantânea) é o declive da tangente à curva do gráfico ão vs. tempo nesse instante. A instantânea é diferente da média. Consomem-se duas moles de A por cada mole de B que se forma, ou seja, a com que A se consome é o dobro da de formação de B. Escrevemos a da reacção como: [ A 2 ou [ B
Velocidade de uma reaç aa + bb Æ cc + dd [C vmédia de formação de C [A vmédia de consumo de A Equação de ou Lei cinética de uma reacão Consideremos a : NH4+ (aq) + NO2- (aq) N2 (g) + 2 H2O (ℓ) [A [B [C [D vmédia da a b c d Equação de ou Lei cinética de uma reacção Utilidade das equações cinéticas Verifica-se que o quando a [NH4+ duplica, mantendo a [NO2- constante, a duplica; o quando a [NO2- duplica mantendo a [NH4+ constante, a também duplica; Logo, v [NH4+[NO2- Equação de ou Lei cinética da reacção: + v [ NH 4 Rate [ NO2 - Calcular a de uma a partir do conhecimento da constante de e das ões de reagentes; 2- Calcular a ão de reagentes em qualquer instante durante o decorrer de uma reacção. onde é a constante de da. Ordem de Consideremos a reaç geral: aa + bb cc + dd equação da assume a forma: Velocidade [Ax[By Ordem de e ão Uma é de: o ordem zero em relação a um reagente se a alteração da ão desse reagente não causa alteração à sua. x,y, determinados experimentalmente x e y ordem de uma reacç reacção; ão; x é a ordem de A e y é a ordem de B. o primeira ordem em relação a um reagente se, duplicar a ão, duplica a da reacção também. A reaç tem ordem global x+y o é de ordem n em relação a um reagente se, duplicar a ão aumenta de 2n a da reacção. Chama-se ordem de uma reacção (ordem global) à soma dos valores das potências a que as ões de reagentes se encontram elevadas a equação cinética da A pode ser de ordem zero, (.ª ordem), 2 (2.ª ordem),...
Reações de ordem zero Reações de ordem zero Reaç Reações de ordem zero são raras. A de uma reacç reacção de ordem zero é Tempo de de meia-vida (t/2): é o tempo necessário para que a ão de uma reagente diminua para metade do seu valor inicial. constante e independente das ões de reagentes. equação ciné cinética é: equação de ão pelo tempo é: d [A dt t½ [A0 [A0 2 Gráfico da ão [A em função do tempo [A [A0 t para uma de ordem zero. Reações de ª ordem Comportamentos característicos de uma de primeira ordem Uma de primeira ordem é uma cuja depende da ão do reagente elevada à potência unitária. a) Diminuição da ão do reagente com o tempo. 2 Tempo de meia-vida Reações de ª ordem A produto b) Utilização da representação gráfica da relação linear de ln[a 22 em função do tempo para calcular a constante de. [A [A [A [A [A ( s ) [A t [A 0 t ln [ A ln [ A t ln 0 [A ln [ A t + ln [ A 0 23 Tempo de meiameiavida (t/2): [ A0 t ln [ A Por definição de tempo de meia-vida, quando tt/2, [A [A0/2 Variação da ão de um reagente com o número de tempos de semi-transformação para uma de primeira ordem [A0 t ln 2 t 0,693 t/ 2 ln / 2 / 2 [A0 / 2
Tempo de meia-vida (t/2) na de 2ª ordem É a reaç cuja depende da Podemos obter uma equação para o tempo de meia-vida da de 2ª ordem, se fizermos [A [A0/2 na equação: ão de reagente elevada ao quadrado ou de ões de dois reagentes diferentes, cada um deles elevada à unidade. + t [ A [ A0 º Caso: A produto Obtém-se 2º Caso: A + B produto [A0 / 2 [A0 + t/ 2 t / 2 [A0 25 º Caso: A produto [A t 2º Caso: A + B produto [A t [A 2 [A 2 [A [A 2 [A [B [ A [B t Ms [A [A [A 0 [B [A [B + t 27 28 Resumo da cinética de reações de ordem zero, ª ordem e 2ª ordem Equação Ordem Equação cinética 0 Velocidade [A [A0 - t Velocidade [A ln[a ln[a0 - t 2 Velocidade [A2 ão-tempo [A [A0 + t Efeito da temperatura na de Tempo de meia-vida t½ t½ t½ [A0 2 ln2 [A0 Para a maioria das reações, a aumenta com um aumento da temperatura.