Química_Cinetica química

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CENTRO FAMILIAR DE FORMAÇÃO POR ALTERNÂNCIA MANOEL MONTEIRO 
CURSO – TÉCNICO EM AGROPECUÁRIA INTEGRADO AO ENSINO MÉDIO 
 
 
 
MAGNO BRITO CARNEIRO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CINÉTICA QUÍMICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LAGO DO JUNCO – MA 
2021 
CINÉTICA QUÍMICA 
Cinética química é a área de estudo da Química que investiga a rapidez das reações 
químicas e os mecanismos por meio dos quais elas se processam. O conhecimento e 
o estudo das reações, além de ser muito importante em termos industriais, também 
estão relacionados ao nosso dia a dia. A velocidade de uma reação é a rapidez com 
que os reagentes são consumidos ou rapidez com que os produtos são formados. A 
combustão de uma vela e a formação de ferrugem são exemplos de reações lenta. 
Na dinamite, a decomposição da nitroglicerina é uma reação rápida. As velocidades 
das reações químicas são determinadas através de leis empíricas, chamadas leis da 
velocidade, deduzidas a partir do efeito da concentração dos reagentes e produtos na 
velocidade da reação. 
A rapidez da reação química é expressa pela variação de alguma grandeza 
relacionada com a quantidade de reagente, o produto (concentração, quantidade d 
matéria, pressão massa, volume) por unidade de tempo. 
Isso significa que podemos calcular a velocidade de uma reação, tanto pelo acréscimo 
das massas ou das concentrações dos reagentes, quanto pelo das massas ou das 
concentrações dos produtos. 
 
TAXA MEDIA DE DESENVOLVIMENTO DE UMA REAÇÃO 
A taxa média de desenvolvimento de uma reação química pode ser dada através da 
razão da variação de concentração pelo tempo de reação. Que podemos expressar 
pela formula matemática: 
 
Tdm =
Δ|[R]|
Δ𝑡
 
 
Onde: 
Tdm – taxa média de desenvolvimento (mol/L/S). 
Δ|[R]| – quantidade de um reagente ou produto (mol/L). 
∆𝑡 – variação de tempo (s, min). 
 
Como os reagentes são consumidos, ao calcular Δ[R] obtemos um valor negativo, já 
que a concentração final é menor do que a inicial. Por isso, colocaremos um sinal 
negativo na equação acima para garantirmos que a velocidade média da reação seja 
positiva. 
 
COMO OCORREM AS REAÇÕES 
Uma reação pose ser mais rápida ou mais lenta dependendo das condições em que 
ela é realizada. 
Para que uma reação ocorra é necessário que haja estes quatro principais fatores: 
Afinidade química, Contato, Energia de ativação, Choques eficazes. 
• Afinidade química: Diz respeito à capacidade que uma substancia tem de 
reagir com a outra. 
• Contato: sem contato não haverá reação. 
• Energia de ativação: Energia mínima para que ocorra a reação. 
• Choques eficazes: Ocorre quando há uma posição espacial favorável no 
choque entre as moléculas e energia suficiente, para então haver a quebra de 
ligação. 
• Teoria das Colisões: trata-se de um modelo que explica satisfatoriamente os 
fatores que influenciam na velocidade das reações. De acordo com a teoria das 
colisões, os átomos, moléculas ou íons das substancias reagentes devem 
colidir para que a reação química ocorra. Quanto mais colisões por unidade de 
tempo houver (maior frequência de choques), maior será a rapidez da reação. 
• Complexo ativado: é o estado intermediário entre reagentes e produtos. Aqui, 
a molécula instável e muito energética não é reagente, porém não é mais 
produto. 
 
FATORES QUE AFETAM A TAXA DE DESENVOLVIMENTO DAS REAÇÕES 
QUÍMICAS 
A taxa de desenvolvimento de uma reação pode ser aumentada ou diminuída 
mediante alterações de certos fatores. 
 
SUPERFÍCIE DE CONTATO 
É a área de um determinado reagente efetivamente exposta aos demais reagentes. 
Sabe-se que, para as reações ocorrerem dependem do contato entre as substâncias 
reagentes; assim quanto maior a superfície de contato, maior será o número de 
colisões entre as partículas e consequentemente maior será a velocidade da reação. 
Exemplo: em uma fogueira, queima mais rapidamente quando sua estrutura está de 
forma em que fique espaços, pois sua superfície de contato é maior com o oxigênio 
do ar. 
 
 A queima acontece 
de forma mais lenta. 
A queima acontece 
de forma mais rápida. 
Resumidamente temos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
TEMPERATURA 
O aumento na temperatura, aumenta a energia cinética das partículas dos reagentes, 
e com isso aumentando a quantidade de choques efetivos e a velocidade das reações. 
Quanto maior for a temperatura, maior será a velocidade de uma reação. Isso pode 
ser facilmente visto em diversas situações em nosso cotidiano, como por exemplo, 
quando queremos diminuir a velocidade da reação de decomposição de um alimento, 
nós abaixamos a temperatura, colocando-o na geladeira. 
Se quisermos aumentar a velocidade da reação de cozimento dos alimentos, basta 
colocá-los numa panela de pressão que, com o aumento da pressão, aumenta 
também a temperatura de ebulição da água líquida em que o alimento está. 
Isso ocorre porque para que uma reação ocorra é preciso satisfazer algumas 
condições, como a de que as partículas devem se chocar eficazmente e com a energia 
mínima necessária, que é denominada de energia de ativação. 
Assim, quando aumentamos a temperatura do sistema, aumentamos também a 
agitação das partículas reagentes e fornecemos mais energia cinética para elas. Com 
isso, mais colisões ocorrerão e com mais energia, aumentando a quantidade de 
partículas que reagirão e, consequentemente, aumentando a velocidade da reação. 
Resumidamente temos: 
 
 
 
 
 
 
 
AUMENTO DA SUPERFÍCIE DE 
CONTATO DOS REAGENTES. 
AUMENTA A FREQUÊNCIA DE 
COLISÕES. 
MAIS COLISÕES EFETIVAS 
POR UNIDADE DE TEMPO. 
MAIS RÁPIDA A REAÇÃO. 
AUMENTO DA TEMPERATURA 
AUMENTO DA ENERGIA 
CINETICA MOLÉCULAR. 
COLISÕES ENTRE MOLÉCULAS 
COM MAIOR ENERGIA. 
AUMENTO DA RAPIDEZ DA 
REAÇÃO. 
Causa Consequência 
Gerando 
CONCENTRAÇÃO 
O efeito da concentração na velocidade das reações pode ser observado quando 
aumentamos a concentração de um ou mais reagentes, e a reação ocorre com maior 
rapidez. 
Por exemplo, quando temos uma reação de combustão ao ar livre e outra ocorrendo 
dentro de um recipiente fechado com gás oxigênio puro. A chama torna-se bem mais 
intensa quando a queima ocorre dentro do recipiente com oxigênio puro, ou seja, onde 
o combustível reage com 100% de moléculas de oxigênio. Já a combustão ao ar livre 
contém apenas 20% de moléculas do gás oxigênio, pois o ar é constituído de cerca 
de 79% de moléculas de gás nitrogênio e 1% de outros gases. 
O efeito da concentração na velocidade das reações, pode ser compreendido: 
“Quanto maior a concentração dos reagentes, maior será a velocidade de uma 
reação.” 
Para que uma reação se efetive é necessário que ocorram choques ou colisões 
eficazes entre os átomos dos reagentes. Assim, quando aumentamos a sua 
concentração haverá uma maior quantidade de moléculas presentes no sistema em 
um mesmo espaço, o que acarretará em aumento nas suas colisões em um mesmo 
intervalo de tempo e, consequentemente, uma maior probabilidade de ocorrerem 
choques efetivos ou eficazes. 
Isso pode ser visualizado na figura a seguir, onde se comparando o primeiro sistema 
com o segundo é possível constatar que o aumento da concentração dos reagentes 
faz com que haja mais moléculas e mais colisões, aumentando a rapidez da reação: 
 
 
 
Dessa forma, resumidamente temos: 
 
 
 
 
Embora essa seja uma constatação que se repete para a maioria dos casos, é 
necessário fazer os cálculos experimentais para determinar a influência da 
concentração específica em cada reação, pois, em alguns casos, se dobrarmos a 
concentração dos reagentes a rapidez da reação também dobra, já em outros casos 
quadriplica e, ainda em outras reações, a velocidade permanece constante. 
 
CATALISADORES 
Os catalisadores são definidos como substancias que interferem no mecanismo das 
reações químicas, aumentando a sua velocidade através da diminuição da energia de 
ativação. Tais substânciasnão se incorporam nem se consomem no substrato, logo, 
a massa dos catalisadores é a mesma no início e no fim das reações. 
Ação: Os catalisadores interferem na energia de ativação de uma reação química sem 
alterar o equilíbrio químico, sua ação pode acelerar ou retardar a velocidade na qual 
uma reação atinge o equilíbrio, no entanto, não afeta a composição no equilíbrio. 
Uma catálise é uma reação química em que há presença de catalisadores. Qualquer 
catálise ocorre porque os catalisadores fornecem um novo caminho para a reação, 
caminho este que necessita de uma energia de ativação menor. Os catalisadores se 
unem ao reagente para formar um composto intermediário, que depois se transforma, 
originando o produto e regenerando o catalisador. 
Resumidamente temos: 
 
 
 
 
 
 
AUMENTO DA CONCENTRAÇÃO 
DOS REAGENTES 
AUMENTO DA FREQUÊNCIA DAS 
COLISÕES DAS MOLÉCULAS DO 
REAGENTE 
AUMENTO DA RAPIDEZ DA 
REAÇÃO 
Acarreta 
Acarreta 
 
 
 
 
 
 
CATALISADORES 
DIMINUIÇÃO DA ENERGIA 
DE ATIVAÇÃO 
AUMENTO DA RAPIDEZ DA 
REAÇÃO 
Atua na 
Acarreta 
ENZIMAS: CATALISADORES BIOLÓGICOS. 
 As enzimas, também chamadas de catalisadores biológicos ou biocatalisadores, são 
proteínas que aumentam a rapidez das reações bioquímicas diminuindo a energia de 
ativação destas. 
 A enzima atua se combinando a uma molécula, através de uma baixa energia de 
ativação forma uma estrutura intermediária que se decompõe facilmente formando o 
produto e regenerando a enzima. 
O mecanismo de ação das enzimas é chamado de chave-fechadura e foi proposto em 
1894 pelo químico alemão Hermann Fischer (1852-1919). Segundo ele, assim como 
uma chave tem o formato específico para determinada fechadura, as enzimas 
possuem regiões específicas (sítios ativos) para que o substrato se encaixe. É por 
isso que as enzimas são altamente específicas, isto é, cada uma acelera somente 
uma etapa. 
Substrato: Composto que sofre a ação enzimática e se combina com os centros 
ativos da enzima. 
A atividade das enzimas é controlável e seletiva. Assim, as enzimas atuam no 
metabolismo celular convertendo nutrientes como carboidratos, proteínas e gorduras 
em substâncias que podem ser absorvidas e usadas pelas células. Por isso, elas são 
tão importantes para nossas vidas. Elas são usadas pelo ser humano desde muito 
tempo atrás, sendo seus primeiros usos: 
• Na fabricação de queijo: onde ocorre a coagulação das proteínas do leite 
através da ação das enzimas; 
• Na fabricação de pão: Está cada vez mais comum a adição de enzimas para 
suplementar a farinha de trigo, e as mais utilizadas são a protease, que tem a 
função de agir sobre as proteínas, a amilase, para agir sobre o amido, e as 
hemiceluloses, que atua sobre as hemiceluloses; 
• Na fabricação de cerveja: as enzimas atuam na transformação do amido do 
malte em açúcares fermentescíveis, que são matéria-prima para a levedura que 
fará a fermentação do mosto cervejeiro. As enzimas atuam também em outras 
etapas do processo cervejeiro como fermentação e maturação. 
 
CATALISADORES NA INDÚSTRIA 
Os catalisadores estão presentes na maioria das reações processadas na indústria. 
A catálise é absolutamente essencial para a indústria moderna. A tecnologia acelera 
a velocidade de reações químicas recorrendo a substâncias chamadas de 
catalisadores. 
O catalisador também aumenta a seletividade. Quando se faz a reação química de 
por exemplo, A+B em busca do C, há o risco de o resultado ser D ou F. A utilização 
de um catalisador garante a reação apenas para o produto C. 
Metais de transição como a platina e o paládio transformam óxidos nítricos em 
nitrogênio, nos catalisadores de escapamentos de veículos. Na indústria de alimentos, 
o níquel de Roney transforma óleos vegetais em gorduras (hidrogenação), garantindo 
o ponto de fusão para mantê-los sólidos em temperatura ambiente. 
As enzimas também são catalisadores complexos e altamente eficientes. Elas atuam 
ainda na fermentação, caso das leveduras para a produção de álcool a partir da cana-
de-açúcar. 
Segundo Roberto Rinaldi, desde a década de 1970, as indústrias dobraram sua 
produção gastando a mesma quantidade de energia. Isto foi possível graças à adoção 
de técnicas avançadas, que incluem catalisadores extremamente ativos. 
 
LEI CINÉTICA 
A uma temperatura constante, a taxa de desenvolvimento de uma reação química é 
diretamente proporcional ao produto das concentrações dos reagentes elevadas a 
expoentes numéricos que são determinados experimentalmente. 
Hipoteticamente temos uma reação química balanceada representada: 
a A + b B → c C + d D 
A taxa de desenvolvimento dessa reação, com base na lei da ação das massas é dada 
por: 
Td = k[A]x ◦ [B]y 
Onde: 
Td – taxa de desenvolvimento da reação; 
K – constante de taxa de desenvolvimento (constante de proporcionalidade que 
característica de cada reação independente da temperatura); 
[A] e [B] – concentração em quantidade de matéria dos reagentes A e B; 
X e y – expoentes numéricos determinados experimentalmente. 
 
ORDEM DE REAÇÃO 
Ordem de reação, é a soma de todos os expoentes que aparecem na expressão da 
velocidade da reação, ou seja, serve para relacionar a velocidade da reação com a 
concentração em quantidade de matéria dos reagentes. Essa ordem da reação, pode 
ser dada em relação apenas a um dos reagentes ou pode ser uma ordem global da 
reação, as quais só podem ser determinadas (valores expoentes) com precisão por 
meio de experimentos. 
Para melhor entendimento, imagine uma reação química hipotética, realizada à 
temperatura de 25°C. 
2 A + B → C + 3 D 
A ordem de reação é igual a 2 (dizemos reação de segunda ordem ou de ordem 2). 
Dizemos também que se trata de uma reação de ordem 1 (ou de primeira ordem) em 
relação a A e de ordem 1em relação a B. Assim, para uma expressão do tipo Td = 
k[A]x[B]y, a ordem da reação será x + y, a ordem a A, x e a revela a B, y. 
As reações químicas podem ocorrer a partir de um único reagente. Consideremos a 
decomposição do tetróxico de nitrogênio (N2O4): 
N2O4(g) → 2NO2(g) 
A taxa de desenvolvimento determinada nesse caso, é dada por: Td = k[N2O4]. 
Portanto, a taxa de desenvolvimento é diretamente proporcional à concentração de 
N2O4, e a reação é de primeira ordem. 
Uma observação a ser feita, consideremos hipoteticamente dados de taxa de 
desenvolvimento obtidos em três experimentos distintos: 
A + B → C 
A + B → C em três condições distintas 
Experimento [A] mol/L [B] mol/L 
Taxa de 
desenvolvimento 
(mol/L ◦ s) 
I 0,1 0,3 1,5 
II 0,2 0,3 3,0 
III 0,2 0,6 12 
 
Em I e II, a taxa de desenvolvimento dobra quando a concentração de A dobra, para 
uma concentração constante de B, já II e III, percebesse que quadruplicou quando 
dobramos a concentração de B, para A (concentração constante). 
Então a Td é diretamente proporcional a concentração de A e diretamente proporcional 
ao quadrado da concentração de B. 
Td = k[A] ◦ [B]2 
 
MECANISMO DAS REAÇÕES 
Quando uma reação química é representada apenas pela equação global do 
processo, não temos a certeza de que ela aconteceu em uma única etapa ou em mais 
etapas. A equação global balanceada expressa apenas que uma ou mais substancias 
reagiram para formar outra ou outras substancias, sem informar como os nível 
molecular, são convertidos em produtos. 
Reações elementares são reações que ocorre em uma única etapa. Ao escrevermos 
a expressão da taxa de desenvolvimento, os expoentes determinados 
experimentalmente são iguais aos coeficientes estequiométricos. Se a reação 2 A + B 
→ C + D ocorre em uma única etapa, será expressa Td = k[A]2 ◦ [B]. 
Reações não elementares ocorre em duas ou mais etapas. Nesse caso, os 
coeficientes estequiométricos, não coincidem com os expoentes determinados 
experimentalmente. Considere hipoteticamente a reação 2 A + B → C + D, e que ela 
ocorra em duas etapas. 
 
 Etapa I A(g) +B(g) → C(g) + E(g) 
Etapa II A(g) + E(g) → D(g) 
Etapa global 2 A(g) + B(g) → C(g) + D(g) 
 
A etapa global é o resultado da adição das etapas I e II, que são elementares e 
definem o mecanismo da reação. O mecanismo de reação é, portanto, o conjunto de 
etapas reacionais elementares que constituem uma reação química não elementar. 
Também chamamos esse conjunto de etapas de caminha de reação. 
A expressão da taxa de desenvolvimento será dada com base na equação de etapa 
lenta (não com base na global): Td = k[A] ◦ [E].