CINÉTICA QUÍMICA. QUÍMICA 1 2º ANO Prof.ª ELAINE CRISTINA. Educação para toda a vida. Colégio Santo Inácio. Jesuítas

Educação para toda a vida Colégio Santo Inácio Jesuítas

CINÉTICA QUÍMICA

Educação para toda a vida

Colégio

Santo Inácio

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CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES CINÉTICAS

I - Quanto à velocidade

♦♦♦♦ Rápidas: neutralizações em meio

aquoso, combustões,...

♦♦♦♦ Lentas: fermentações, formação

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CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES CINÉTICAS

II - Quanto ao mecanismo

♦♦♦♦ Elementares : ocorrem numa só etapa. H₂ + I₂ →→→→ 2 HI

♦♦♦♦ Complexas : ocorrem em duas ou mais etapas. 2 NO_(g) + O_2(g) →→→→ 2 NO_2(g) 1a _{etapa (rápida) : 2 NO} (g) →→→→ N2O2(g) 2a _{etapa (lenta) : N} 2O2(g) + O2(g) →→→→ 2 NO2(g) reação global : 2 NO_(g) + O_2(g) →→→→ 2 NO_2(g)

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VELOCIDADE DAS REAÇÕES

I - Velocidade média (V_m)

Representa a variação na quantidade de um reagente ou produto num intervalo de tempo.

t

C

ou

t

V

ou

t

n

ou

t

m

v

∆

∆

∆

∆

∆

∆

∆

∆

=

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VELOCIDADE DAS REAÇÕES

Para reagentes: Vm = -∆∆∆∆[ reagentes] ∆∆∆∆ t

Obs.: para os reagentes podemos calcular a velocidade em módulo.

Para produtos: Vm = ∆∆∆∆[ produtos] ∆∆∆∆t

A Vm dos reagentes também é chamada de velocidade de desaparecimento. A Vm dos produtos também é chamada de velocidade de formação.

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Representação gráfica

O gráfico acima mostra como variam as concentrações de reagente (N₂O₄) e produtos (NO₂ e O₂) , com o passar do tempo.

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VELOCIDADE DAS REAÇÕES

Valor da velocidade média da reação: Vm (reagente ou produto)

coeficiente estequiométrico

Reação genérica: aA + bB cC Vm = Vm(A) = Vm(B) = Vm(C)

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VELOCIDADE DAS REAÇÕES

II - Velocidade instantânea (V

ou V)

Representa a variação na quantidade de

um reagente ou produto num

instante

(menor intervalo de tempo que se possa

imaginar).

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PORQUE OCORREM AS REAÇÕES QUÍMICAS?

I - Colisões intermoleculares

a) Não-eficazes ou não efetivas

* sem energia de colisão suficiente ou geometria de colisão inadequada.

b) Eficazes ou efetivas

* com energia de colisão suficiente e geometria de colisão adequada.

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Exemplo de colisão eficaz (geometria favorável)

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Complexo Ativado: É o estado intermediário formado entre reagentes e produtos, cuja estrutura existem ligações enfraquecidas (reagentes) e formação de novas ligações (produtos).

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PORQUE OCORREM AS REAÇÕES QUÍMICAS?

II - Energia mínima para reagir

Além de colisões com orientação espacial adequada, as moléculas devem apresentar uma energia cinética mínima que propicie a ruptura das ligações entre os reagentes e formação de novas ligações, nos produtos.

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Fatores que influem na velocidade das reações

a ) Área de contato entre os reagentes; b ) Concentração dos reagentes;

c) Temperatura e Energia de Ativação; d) Ação de catalisadores;

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a) Área de contato entre os reagentes Esse fator tem sentido quando um dos reagentes for sólido.

Exemplo:

Fe_(prego) + H₂SO_4(aq) →→→→ FeSO_4(aq) + H_2(g) (V₁) Fe_(limalha) + H₂SO_4(aq) →→→→ FeSO_4(aq) + H_2(g) (V₂)

* na segunda reação a área de contato é maior ! Portanto : V₂ > V₁

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Quanto mais fragmentado o reagente, maior a velocidade da reação, pois maior é a superfície de contato.

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b) Concentração dos reagentes

A velocidade é proporcional à concentração dos reagentes. Esse fator é expresso pela

LEI DA AÇÃO DAS MASSAS ou LEI CINÉTICA (Gulberg e Waage)

V = k [A]αααα [B]ββββ

k = constante cinética

[A] e [B] = concentrações molares

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c) Temperatura e Energia de Ativação

As variações de temperatura modificam o valor da constante de velocidade (k).

Um aumento na T, aumenta a freqüência das colisões intermoleculares e aumenta a energia cinética das moléculas fazendo com que um maior número alcance a energia mínima para reagir (E_ATIVAÇÃO).

Um aumento na energia cinética (agitação molecular) favorece a ruptura das ligações.

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Regra de Vant Hoff

Um aumento de 10ºC faz com que a velocidade da reação dobre.

Temperatura 5ºC 15ºC 25ºC

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d) Ação de catalisadores

Catalisadores são substâncias que, quando presentes, aumentam a velocidade das reações químicas, sem serem consumidos. Ao final encontram-se qualitativa e quantitativamente

inalterados.

Os catalisadores encontram “caminhos

alternativos” para a reação, envolvendo menor

energia (diminuem a Energia de Ativação), tornando-a mais rápida.

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Características dos catalisadores

a) Somente aumentam a velocidade; b) Não são consumidos;

c) Não iniciam reações, mas interferem nas que já ocorrem sem a sua presença;

d) Podem ser utilizados em pequenas quantias, visto que não são consumidos;

e) Seus efeitos podem ser diminuídos pela presença de “venenos de catálise”.

f) A introdução do catalisador diminui a Energia de Ativação.

Educação para toda a vida Colégio Santo Inácio Jesuítas Ex.: SO_2(g) + ½ O_2(g)



SO_3(g) E_AT = 240 KJ/mol sem catalisador

Utilizando NO_2(g) como catalisador a E_AT se reduz para

110 KJ/mol, tornando a reação extremamente mais

rápida !

Mecanismo da reação

SO₂ + NO₂ →→→→ SO₃ + NO E₁ (consumo do catalisador) NO + ½ O₂ →→→→ NO₂ E₂ (regeneração do catalisador) Reação global: SO₂ + ½ O₂ →→→→ SO₃ E_AT = 110 KJ/mol

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Em

reações

envolvendo

reagentes

gasoso, quando se aumenta a pressão

ocorre

diminuição

do

volume

e

consequentemente

há

aumento

na

concentração

dos

reagentes,

aumentando o número de colisões.

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A velocidade instantânea de uma reação é obtida através de uma expressão matemática conhecida como LEI DA AÇÃO DAS MASSAS ou

LEI CINÉTICA, proposta por Gulberg e Waage,

em 1876. Cato Gulberg Peter Waage LEI DA VELOCIDADE

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Para uma reação genérica homogênea:

aA_(g) + bB_(g) →→→→ xX_(g) + yY_(g)

a velocidade instantânea é calculada pela expressão

V = k [A]αααα [B]ββββ Onde: k = constante de velocidade

[A] e [B] = concentrações molares dos reagentes

αααα e ββββ = ordens ou graus (expoentes determinados em experimentos).

Educação para toda a vida Colégio Santo Inácio Jesuítas ♦ ♦♦

♦ Nas reações elementares as ordens são iguais aos próprios coeficientes:

αααα = a e ββββ = b

♦ ♦ ♦

♦ Nas reações complexas as ordens são

iguais aos coeficientes da etapa mais lenta da reação, conhecida através do

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Exemplo 1:

Reação elementar

H

+ I

→

→

→

→

2 HI

Lei de velocidade

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Lei de velocidade (instantânea)

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Exercício

Observe os diagramas 1 e 2 representativos de uma mesma reação química.

Para cada curva do diagrama 1 há uma curva correspondente no diagrama 2. Quais curvas representam a reação na presença de um catalisador? Explique.