Q u í.
Quí.
Professor: Carlos Vitorino Monitor: Gabriel PereiraQ u í.
Cinética Química - Conceitos Fundamentais, Condições para ocorrência de uma reação e fatores que alteram a velocidade de uma reação
05 set
RESUMO
Cinética é um termo que denota movimento. Na física, a ciência assim denominada estuda o movimento dos corpos. A cinética química, então, estuda o movimento das reações químicas, ou seja, as velocidades com que elas ocorrem, e ela possui diversas aplicações práticas importantes para o nosso dia a dia: como desacelerar o apodrecimento dos alimentos, como acelerar cozimentos, como produzir com rapidez alguma substância que, de forma natural, levaria muito tempo, etc.
Velocidades das reações
Existem reações que duram segundos e outras que levam anos para se concluírem. Mas como se mede a velocidade com que uma reação ocorre?
Uma reação química, como sabemos, possui reagente(s), que é(são) consumido(s), e produto(s), que é(são) formado(s) ao longo do decorrer da reação. Ou seja, uma reação, num primeiro momento, possui apenas reagente(s), cuja quantidade diminui ao longo do seu decorrer. Após um tempo é que o(s) produto(s) quantidade inicial igual a zero começa(m) a aparecer e a ter sua quantidade aumentada ao longo do decorrer da reação.
Se anotamos a hora de início de determinada reação química e, após muito tempo, a quantidade de reagentes for só um pouco menor que a quantidade inicial e a quantidade de produtos for só um pouco maior que a quantidade inicial (zero), entendemos que a reação está ocorrendo de forma lenta. Por outro lado, caso a variação das quantidades de reagentes e produtos tenha sido grande, entendemos que a reação está rápida.
Diante disso, fica claro que o cálculo da velocidade de uma reação consiste no cálculo da velocidade de consumo do(s) reagente(s) ou da velocidade de formação do(s) produto(s).
I - Condições para a ocorrência de uma reação
Para que as reações químicas se processem alguns pré requisitos quanto às condições tem que ser obedecidas, favorecendo assim ocorrência dessa reação, essas condições são:
a) Contato entre os reagente
É primordial para a ocorrência de uma reação química que as substâncias reagentes estejam em contato. Esse contato pode ser entendido como os choques entre as moléculas dos reagentes que se encontram em movimento desordenado e contínuo.
b) Afinidade química
Não basta para os reagente apenas estarem juntos(em contato) para que a reação ocorra, é necessário que esses mesmos reagentes possuam afinidade um para com o outro para que a reação possa ocorrer.
Ex.:
HCl + NaOH - Reagem, pois do ácido HCl possui afinidade reacional para com a base NaOH e vice e versa.
NaCl + C6H12O6 - Não reagem, pois os reagentes não possuem qualquer afinidade.
c) Colisão efetiva
As moléculas dos reagentes devem possuir uma orientação espacial adequada no instante da colisão, para assim promover choques que resultem em quebra das ligações antigas e formação das novas.
Q u í.
Psiu!!
Teoria das colisões -
deve acontecer através de uma orientação adequada e com uma energia maior que a energia mínima(Energia de Ativação -
II - Fatores que alteram a velocidade de reação
Realizada a reação entre as substâncias como vimos anteriormente, existem alguns fatores que podemos alterar para que essas reações ocorram com maior velocidade.
Superfície de contato
A superfície de contato entre os reagente altera a velocidade reacional, se aumentamos a superfície de contato a velocidade de reação também é aumentada.
Ex.:
CaCO3(s) + 2HCl(aq) --> CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g) CaCO3 = mármore
CO2 = gás produzido
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a) Temperatura
Para a influência da temperatura na velocidades das reações químicas teremos que analisar o quanto a temperatura foi aumentada.
O aumento da temperatura tende a aumentar a velocidade da reação, pois aumenta a energia cinética das moléculas, aumentando assim a quantidade de colisões efetivas.
Psiu!!
- Um aumento de 10ºC na temperatura do sistema, irá duplicar a velocidade da reação.
b) Concentração
O aumento da concentração dos reagentes faz com que a quantidade de partículas dos reagentes seja maior, causando assim maior probabilidade de um reagente encontrar o outro reagente e colidir, ocasionando a reação.
c) Catalisador
Os catalisadores são substâncias que quando colocadas no meio reacional fazem com que a reação forme um novo complexo ativado. Esse novo complexo ativado(intermediário reacional) tem menor energia de ativação, fazendo a reação proceder com maior velocidade.
Exemplo:
Reação I - sem catalisador - maior energia de ativação - maior velocidade de reação.
Reação II - com catalisador - menor energia de ativação - menor velocidade de reação.
Q u í.
EXERCÍCIOS DE AULA
1.
Para a reação entre duas substâncias moleculares em fase gasosa, considerando a teoria das colisões, o aumento da velocidade da reação causada pela presença de um catalisador é devido:a) ao aumento instantâneo da temperatura que acelera a agitação das moléculas.
b) ao aumento da taxa de colisão entre os reagentes, porém preservando a energia necessária para que a colisão gere produtos.
c) à diminuição da energia de ativação para que a colisão entre as moléculas, no início da reação, gere produtos.
d) ao aumento da energia de ativação que é a diferença entre a energia final dos reagentes e dos produtos.
e) à diminuição da variação de entalpia da reação.
2.
As figuras a seguir representam as colisões entre as moléculas reagentes de uma mesma reação em três situações.Pode-se afirmar que
a) na situação I, as moléculas reagentes apresentam energia maior que a energia de ativação, mas a geometria da colisão não favorece a formação dos produtos.
b) na situação II, ocorreu uma colisão com geometria favorável e energia suficiente para formar os produtos.
c) na situação III, as moléculas reagentes foram completamente transformadas em produtos.
d) nas situações I e III, ocorreram reações químicas, pois as colisões foram eficazes.
e) nas situações I, II e III, ocorreu a formação do complexo ativado, produzindo novas substâncias.
3.
No preparo de pães e bolos, é comum o emprego de fermentos químicos, que agem liberando gás carbônico, responsável pelo crescimento da massa. Um dos principais compostos desses fermentos é o bicarbonato de sódio, que se decompõe sob a ação do calor, de acordo com a seguinte equação química:Q u í.
Considere o preparo de dois bolos com as mesmas quantidades de ingredientes e sob as mesmas condições, diferindo apenas na temperatura do forno: um foi cozido a e o outro a Em ambos, todo o fermento foi consumido.
O gráfico que relaciona a massa de formada em função do tempo de cozimento, em cada uma dessas temperaturas de preparo, está apresentado em:
a)
b)
c)
d)
4.
Um estudante resolveu fazer três experimentos com comprimidos efervescentes, muito utilizados no combate à azia, que liberam quando dissolvidos em água.Experimento 1: Em três copos distintos foram adicionados a mesma quantidade de mas com temperaturas diferentes Em seguida, foi adicionado um comprimido efervescente inteiro em cada copo.
Experimento 2: Em dois copos distintos foi adicionada a mesma quantidade de à temperatura ambiente. Ao primeiro copo foi adicionado um comprimido inteiro e ao segundo um comprimido triturado.
Experimento 3: Em três copos distintos foram adicionados a mesma quantidade de à temperatura ambiente e e comprimido não triturado, respectivamente.
Q u í.
Com base nos parâmetros que influenciam a cinética de uma reação química, o estudante deve observar que:
a) No experimento 1 a temperatura da água não interfere no processo de liberação de b) No experimento 2 o aumento da superfície de contato favorece a liberação de
c) No experimento 3 a massa de comprimido é inversamente proporcional à quantidade de liberada.
d) No experimento 1 a água gelada favorece a dissolução do comprimido liberando mais
e) Nos experimentos 2 e 3 a massa do comprimido e a superfície de contato não interferem no processo de liberação de
5.
O diagrama abaixo se refere a um processo químico representado pela equação química X2 + Y2 2XY, realizado por meio de dois caminhos reacionais diferentes, ambos nas mesmas condições de temperatura e de pressão.A respeito desse diagrama, é CORRETO afirmar que
a) a diferença entre os valores de energia, representados pelas letras A e B, corresponde à diminuição da energia de ativação do processo, provocada pelo uso de um catalisador.
b) o valor de energia representado pela letra A identifica a entalpia do produto.
c) o valor de energia representado pela letra B se refere à entalpia dos reagentes.
d) a diferença entre os valores de energia, representados pelas letras A e D, corresponde à energia de ativação do processo catalisado.
e) a diferença entre os valores de energia, representados pelas letras A e D, corresponde à variação da entalpia do processo.
EXERCÍCIOS DE CASA
1.
Colocamos um pedaço de palha de aço em cima de uma pia e a seu lado um prego de mesma massa.Notamos que a palha de aço enferruja com relativa rapidez enquanto que o prego, nas mesmas condições, enferrujará mais lentamente. Os dois materiais têm praticamente a mesma composição, mas enferrujam com velocidades diferentes. Isso ocorre devido a um fator que influencia na velocidade dessa reação, que é:
a) temperatura.
b) concentração dos reagentes.
c) pressão no sistema.
d) superfície de contato.
e) presença de catalisadores.
Q u í. 2.
Os sais estão presentes nos shows pirotécnicos. Os fogos de artifício utilizam sais pulverizados dediferentes íons metálicos como, por exemplo, o sódio (cor amarela) e o potássio (cor violeta), misturados com material explosivo, como a pólvora. Quando a pólvora queima, elétrons dos metais presentes sofrem excitação eletrônica, liberando a energia na forma de luz.
Sobre a cinética da reação, é correto afirmar:
a) Quanto maior a superfície de contato entre os reagentes, mais rápida é a reação; assim, quanto mais dividido o reagente sólido, mais a reação será acelerada.
b) A queima dos fogos de artifício é facilitada pelo uso de sais pulverizados, pois estes diminuem a energia de ativação da reação.
c) A temperatura gerada na queima de fogos de artifício reduz a frequência dos choques entre as partículas de reagentes, tornando a reação mais rápida.
d) A reação é mais rápida, pois, ao se utilizar o sal pulverizado, a frequência das colisões é menor, favorecendo, assim, a reação.
e) A pólvora age como um catalisador, diminuindo a energia de ativação total da reação química.
3.
Considere que um prego é fabricado apenas com o metal Fe. Se este prego entrar em contato com uma solução aquosa de irá acontecer a seguinte reação de corrosão:A velocidade com que a corrosão do Fe ocorre depende de alguns fatores. Assinale a alternativa que contém os fatores que podem influenciar a velocidade desta reação.
a) temperatura massa molar pressão
b) temperatura pressão concentração dos reagentes c) concentração dos reagentes pressão densidade d) densidade massa molar temperatura
e) catalisador densidade pressão
4.
O alumínio reciclado das latas de refrigerantes é usado para a produção de esculturas. A chuva ácida pode destruir as esculturas de alumínio, pois ele reage em meio ácido conforme a reação a seguir.Com referência a essa reação, são feitas as seguintes observações experimentais:
- A reação libera calor.
- Duplicando a concentração de ácido sulfúrico, duplica a velocidade de desprendimento do gás.
- A velocidade de desprendimento do gás aumenta com a temperatura.
- A diminuição do tamanho das partículas de alumínio aumenta a velocidade da reação.
Com base nessas observações, é correto afirmar:
a) A reação é endotérmica, pois a entalpia dos produtos é maior que a dos reagentes.
b) A velocidade da reação aumenta com o aumento da concentração de ácido sulfúrico, pois a adição desse reagente diminui a energia de ativação da reação.
c) A temperaturas mais altas, a energia cinética molecular aumenta, por isso as colisões entre as moléculas ocorrem com maior energia, levando a um aumento da velocidade da reação.
d) A reação é endotérmica, portanto a velocidade da reação aumenta com o aumento da temperatura.
e) A superfície de contato diminui com a diminuição do tamanho das partículas de alumínio, por isso a velocidade da reação aumenta.
5.
Leia o texto abaixo:Q u í.
Para reciclar sucata de alumínio, basta aquecê-la até a temperatura de fusão do alumínio, que é de O alumínio derretido é transformado em lingotes, que são vendidos às indústrias que o usam. Às vezes, vem ferro junto com o alumínio. Para separá-lo, usa-se um ímã, antes de jogar a sucata de alumínio no forno de fusão. Quando a sucata de alumínio é de latas de refrigerante, a gente precisa prensar um monte de latas para formar um pacote menor. É que as latas são de alumínio muito fino e na temperatura do forno de fusão seriam atacadas pelo oxigênio do ar. O alumínio formaria óxido de alumínio e perderíamos todo o alumínio. Quando as latas estão prensadas, o oxigênio não chega lá tão facilmente e o alumínio derrete antes de ser atacado pelo oxigênio.
Texto adaptado: Tele-curso 2000, Química, Aula 24.
Do ponto de vista da Cinética, prensar as latas de alumínio diminui a velocidade da reação porque diminui:
a) a energia de ativação do complexo ativado da etapa lenta, no mecanismo da reação.
b) a concentração do alumínio na etapa lenta, no mecanismo da reação.
c) a superfície de contato entre o metal e o oxigênio.
d) a concentração de oxigênio.
e) não diminui
6.
Observe a propaganda desse medicamento:"O nosso produto é o primeiro analgésico de paracetamol em comprimidos efervescentes no Brasil. É absorvido duas vezes mais rápido pelo organismo".
Se ele é absorvido duas vezes mais rápido, isso implica que a velocidade da reação do princípio ativo é maior do que quando se utiliza um comprimido não efervescente. Isso está relacionado a qual fator de influência da velocidade de reação.
a) Temperatura.
b) Catalisador.
c) Luz.
d) Estado físico dos reagentes.
e) Superfície de contato.
7.
A fabricação industrial do ácido sulfúrico (H2SO4) é realizada a partir de enxofre, oxigênio e água, em 3 etapas, representadas pelo diagrama energético a seguir:É CORRETO afirmar:
a) A reação de fabricação do ácido sulfúrico é endotérmica.
b) A primeira etapa da reação é mais lenta que a segunda etapa da reação.
c) A segunda etapa da reação é mais lenta que a terceira etapa da reação.
d) A velocidade da reação não depende da temperatura.
e) Trata-se de uma reação endotérmica
Q u í. 8.
A história da maioria dos municípios gaúchos coincide com a chegada dos primeiros portugueses,alemães, italianos e de outros povos. No entanto, através dos vestígios materiais encontrados nas pesquisas arqueológicas, sabemos que outros povos, anteriores aos citados, protagonizaram a nossa história.
Diante da relevância do contexto e da vontade de valorizar o nosso povo nativo, "o índio", foi selecionada a área temática CULTURA e as questões foram construídas com base na obra Os Primeiros Habitantes do Rio Grande do Sul
(Custódio, L. A. B., organizador. Santa Cruz do Sul: EDUNISC; IPHAN, 2004).
Entre os guaranis, a liderança religiosa de uma tribo era atribuição do pajé, que se servia do fogo para fazer suas curas e mágicas. A pólvora era o seu artefato preferencial. Os componentes da mistura da pólvora (carvão, salitre e enxofre) eram triturados para:
a) aumentar a superfície de contato e a velocidade da reação.
b) diminuir a intensidade da reação e, assim, manter o fogo por mais tempo.
c) elevar a temperatura do fogo por um tempo maior.
d) facilitar o trabalho operacional.
e) se obter maior tempo de fogo, com menor quantidade de pólvora.
QUESTÃO CONTEXTO
A digestão é um processo químico, no qual os alimentos são transformados em moléculas mais simples para serem absorvidos pelo organismo. Nesse processo, as enzimas possuem um papel fundamental, pois aceleram a quebra dos alimentos.
Sobre as enzimas, é correto afirmar que:
a) são catalisadores orgânicos.
b) são inibidores das reações que ocorrem na digestão.
c) são substâncias que serão absorvidas pelo organismo.
d) são substâncias que são consumidas na digestão.
e) são substâncias que aumentam a temperatura da reação
Q u í.
GABARITO
Exercícios de aula
1. c 2. b 3. d 4. b 5. a
Exercícios de casa
1. D 2. A 3. B 4. C 5. C 6. E 7. C 8. A
Questão contexto
a
