Cinetica_quimica-Gama-T

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Prof: Dra. Pilar Hidalgo 
Brasília,
10/11/2009

Plano da Aula 
Objetivo: 
  Introduzir alguns conceitos básicos nos estúdios de cinética química 
e velocidade de reação. 
  Enunciar as leis de velocidade e ordem de reação. 
  Deduzir a Lei de velocidade integrada: concentração e tempo para 
diferentes ordem de reação ordem de reação, e mostrar alguns 
exemplos. 
  Classificação dos sistemas catalíticos 
  Definir o papel de um catalisador e ressaltar a importância deste nos 
processos industriais. Ilustrar com alguns exemplos práticos na 
aplicação nos processos de obtenção de biocombustiveis, e na 
industria petroquímica. . 
Bibliografia: 
D. F. Shriver, P. W. Atkins, Química Inorgânica, 3ª Ed, Bookman, Porto Alegre, 2003. 
R. Whyman, Applied Organometallic Chemistry in Catalysis, Oxford Chemistry Primers 
n 93, New York, 2001. 
T.L. Brown, Química, 9ª Ed, Pearson, São Paulo-Brasil, 2007. 
Velocidades
de
Reação

Concentração
e
Velocidade
de
Reação

Velocidade
Instantânea
de
Reação

Leis
de
Velocidade
e
Ordem
de
Reação

Concentração
e
Tempo

Leis
de
Velocidade
Integradas
de
Primeira
Ordem

Meia‐vida
de
Reações
de
Primeira
Ordem

Leis
de
Velocidade
Integradas
de
Segunda
Ordem

Aceleração
de
Reações

Catálise

Aplicações
Industriais



Tópicos 
Química 
Reações Químicas 
a A + b B → c C + d D 
Conversão de substâncias 
Reagentes ≠ Produtos 
Propriedades diferentes 
Com
que
rapidez

esta
Rxn
Qca.
Ocorre??

CinéLca
química:
estudo
da
velocidade
das
reações,
de
como
a
velocidade
varia

em
função
das
diferentes
condições
e
quais
os
mecanismos
de
desenvolvimento

de
uma
reação.

Velocidade
de
uma
reação
química
é
o
aumento
na
concentração
molar
do

produto
por
unidade
de
tempo
ou
o
decréscimo
na
concentração
molar
do

reagente
na
unidade
de
tempo

a A + b B → c C + d D 
Velocidade 
média 
única de 
reação 
FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO QUÍMICA 
ۿ Concentração dos reagentes. 
☼ Temperatura: Regra de van't 
H
off - Uma elevação de 10°C duplica a velocidade de uma reação. 
® Estado físico dos reagentes:Normalmente segue a ordem: 
 Gases >Soluções > Líquidos Puros > Sólidos. 
 Devido ao aumento da superfície específica. 
ﻻ catalisador ou inibidor .Presença de um c 
Catalisador: 
a
c
elera e inibidor diminui a velocidade de uma reação química. 
♠ Luz. A presença de luz pode acelerar certas reações químicas. 
Exemplos 
Queima
de

CombusSvel



CO, CO2, 
NOx, HC 
Velocidade de Rxn.?? 
Luz
T°C 
Exemplo: 
 Decomposição do Ácido Fórmico 
Lenta (T ambiente) 
sem cat. 
Adição de ácido forte 
LEIS DE VELOCIDADE E ORDEM DE REAÇÃO 
  Velocidade inicial : velocidade instantânea de mudança da 
concentração de uma espécie no início da reação. 
  Não há ainda a presença dos produtos da reação. 
2 N2O5 (g) → 4 NO2 (g) + O2 (g) 
Velocidade inicial de 
desaparecimento de N2O5 
= k [N2O5] 
REAÇÃO DE 1ª ORDEM 
A velocidade inicial é diretamente 
proporcional à concentração inicial. 
Velocidade inicial de 
desaparecimento de N2O5 
= k [N2O5] 
2 N2O5 (g) → 4 NO2 (g) + O2 (g) 
REAÇÃO DE 2ª ORDEM 
2 NO2 (g) → 2 NO (g) + O2 (g) 
A velocidade é proporcional ao 
quadrado concentração inicial. 
Velocidade inicial de 
desaparecimento de NO2 
= k [NO2]2 
REAÇÃO DE ORDEM ZERO 
Velocidade = k x (concentração)0 = k 
2 NH3 (g) → N2 (g) + 3 H2 (g) 
Velocidade de desaparecimento de NH3 = k 
Reação em que a velocidade não depende da concentração, 
 Lei de velocidade integrada 
CONCENTRAÇÃO TEMPO 
Reação de Ordem Zero 
Término da reação: 
; ([A] = 0). -k 
Reação de 1ª Ordem 
 Que concentração de N2O5 permanece 600 s após o início da 
decomposição, em 65ºC, sabendo que a concentração inicial era 
0,040 mol L-1? 
2 N2O5(g)→4NO2(g) + O2(g) 
•  velocidade de decomposição de N2O5 = k[N2O5] 
•  Sabendo que k = 5,2 x 10-3s-1. 
[N2O5]t=[N2O5]0e-kt 
[N2O5] = (0,040 mol L-1) x e-(5,2x10
-3 s-1) x (600 s) = 0,0018 mol L-1 
Rpta: Após 600 s, a [N2O5] terá caído do valor inicial 0,040 mol L-1 para 
0,0018 mol L-1. 
EXEMPLO 
TEMPO DE MEIA-VIDA DE REAÇÕES DE 1ª ORDEM 
 A meia-vida, t1/2, de uma substância é o tempo necessário 
 para que sua concentração caia à metade do valor inicial. 
 Quanto maior o k, mais rápido é o desaparecimento de um reagente, 
  :. Menor será a meia-vida 
 O mercúrio(Hg-II) é eliminado do organismo por um processo de 1ª Ordem 
 que tem meia-vida de 6 dias. 
 Uma família de agricultores ingeriu Hg-II acidentalmente com grãos contaminados. 
 Que percentagem de Hg-II permanece no organismo após 30 dias, se 
 medidas terapêuticas não forem tomada? 
Rpta: Portanto, a percentagem que permanece é 0,03 x 100% = 3% 
Combustíveis 
Produtos petroquímicos 
Química fina e farmacêutica 
Proteção ambiental 
O que é um catalisador? 
Um catalisador aumenta a velocidade de uma 
reação sem sofrer modificação estrutural ao 
final do ciclo de transformação. 
1 = Alumina 
2 = Cu 
3 = Cr 
4 = SiO2-Ta 
5 = Cu-Mg 
6 = Cu-U 
P = outros produtos 
II Parte 
Catálise Homogênea Caálise Heterogénea 
Catalisador esta presente na mesma fase que as 
moléculas reagentes 
Catalisador esta presente em fases diferentes 
das moléculas do reagente 
Exemplos : estruturas moleculares 
complexos metálicos 
íons dissolvidos: H+, OH¯ 
Exemplos: partículas de metais, óxidos, 
sulfetos, etc. Suportados ou não. 
colóides de NP de metais, óxidos, etc. 
estruturas moleculares suportadas. 
Catalisadores Enzimáticos : (biomoléculas) 
Nanocatalisadores 
Exemplo 1: 
 Decomposição do Ácido Fórmico 
Lenta (T ambiente) 
sem catalisador 
Adição de ácido forte 
Catálise Homogênea 
ν `= k`[HCOOH][H+] 
k` >> k 
Catalisador actua como reagente, 
Só deferindo deste por ser regenerado 
Catalisador 
2 H2O2 (aq) → 2 H2O(l) + O2(g) Sem catalisador a Rxn é lenta 
Exemplo 2: 
 Decomposição de peróxido de hidrogênio 
Catalisador 
Ìon brometo 
2 Br- (aq) + H2O2 (aq) + 2 H+ (aq) → Br2 (aq) + 2H2O (l) 
Br2 (aq) + H2O2 (l) → 2 Br- (aq) + 2 H+ (aq) + O2 (g) 
(1) 
(2) 
(3) 
(2) (1) (3) 
2 H2O2 (aq) → 2 H2O(l) + O2(g) 
2 Br- (aq) + H2O2 (aq) + 2 H+ (aq) → Br2 (aq) + 2H2O (l) 
Br2 (aq) + H2O2 (l) → 2 Br- (aq) + 2 H+ (aq) + O2 (g) 
Sem catalisador 
Com catalisador 
Catálise Heterogénea 
Um catalisador heterogêneo existe em fases diferentes das moléculas de reagente 
Geralmente: Catalisador sólido em contacto com fase gasosa ou reagentes em solução. 
Este tipo de catálise se usa muito na industria petroquímica. Exemplo: 
Hidrocarbonetos (H-C) que são rearranjados para formar Gasolina usando 
Catalisadores de craqueamento. 
Zeolitas 
HCOOH (g) → CO2 (g) + H2(g) 
Decomposição do ácido fórmico a altas T° 
Exemplo 
HCOOH 
(g) 
HCOOH (g) 
ZnO(s) 
Conversor Catalítico 
Aço inóx e catalisador 
CO2, H2O e N2 
Catalisadores Enzimáticos 
As Rxn. Qcas em sistemas biológicos ocorrem na presença de catalisadores “ enzimas” 
“ enzimas” : proteínas com grande especificidade para uma dada reação; apresentam 
um poder catalítico elevado, aumentando as velocidades de reação num grande factor. 
Exercícios 
 Determinação das ordens de reação e das leis de 
velocidade a partir de dados experimentais 
  BrO3-(aq) + 5Br-(aq) + 6H3O+(aq)→ 3Br2(aq)+ 9H2O(l) 
Se a concentração de A aumenta f vezes quando nenhuma 
outra concentração varia, a lei de velocidade, vel.=k[A]a[B]b, diz 
que, se a velocidade aumenta pelo fator fa, então a reação é de 
ordem a em A. 
Ordem em BrO3-: 
Quando a concentração de BrO3- dobra, a velocidade 
também dobra. Portanto, a reação é de primeira ordem 
em BrO3-. 
Ordem em Br-: 
Quando a concentração de Br- triplica, a velocidade 
muda por um fator de 3,5/1,2 ~ 3,0. Portanto, a reação é 
de primeira ordem em Br-. 
Ordem em H3O+: 
Quando a concentração de H3O+ aumenta por um fator de 1,5, a 
velocidade muda por um fator de 5,4/2,4 ~ 2,3. 
 Sevelocidade = [H3O+]a ; 
 → 1,5a = 2,3 
 
 → a log 1,5 = log 2,3 
 
 → 
 
A reação é de segunda ordem em H3O+ e de quarta ordem no total. 
Uni 
Bi 
Ter 
Leis de velocidade para etapas elementares 
Exemplos: 
Unimolecular 
Bimolecular 
Modelos de Colisão 
Cl + NOCl Cl2 + NO 
Isonitrila de Metila 
APLICAÇÕES DA CATALISES NA INDUSTRIA 
• Catalisadores 
• Craqueamento Catalítico 
• Hidrocraqueamento 
• Hidroisomerização 
• Transformação de metanol 
em Gasolina 
• Alquilação 
• Isomerização de Aromáticos 
• Polimerização 
• Síntesis Orgânica 
• Química Inorgânica 
Aplicação Industrial das Zeolitas 
Peneiras Moleculares Mesoporosas possuem 
poros regulares e uniformes, mas com diâmetro de 
poros maiores que 2 nm. 
J. Cejka, Stud. Surf. Sci. Catal., 157 (2005) 111 
MECANISMOS DE CATÁLISE 
 Ácida 
 Básica 
 Coordenação 
 Enzimática 
Alcoólise de Óleos Vegetais 
BIODIESEL 
BIODIESEL glicerina

Usando H+ 
Usando OH¯ 
Carbonilação do Metanol Processo Monsanto 
ÁCIDO ACÉTICO 
Acetato de vinila 
Acetato de celulose 
Ind. Farmacêutica 
Corantes 
Ácido tereftálico 
Oxidação do Eteno Processo Wacker 
LISTA DE EXERCICIOS (20) 
ADICIONAL 
Obrigada pela atenção! 
Prof. Richard E. Smalley – Nobel Laurated 
Rice University 
“He was very passionate about students making a 
difference in a world that needs technology to help 
mitigated the challengs that face humanity in the 
twenty- first century”