Cinética e Equilíbrio Químico

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Cinética e Equilíbrio químico (Cap. 14 e 15)
Até agora, focamos no começo e no fim das reações químicas: iniciamos com certos reagentes e vemos quais
produtos eles produziram. Esse ponto de vista é útil, mas não nos diz o que acontece durante a reação - isto
é, quais ligações químicas são quebradas, formadas e em que ordem esses eventos ocorrem. A velocidade
com que uma reação química acontece é chamada de velocidade da reação e depende do mecanismo
da reação.
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Para Investigar a maneira com que as reações acontecem, devemos examinar a velocidade da reação
(cinética) e os fatores que a influenciam. Informações experimentais sobre a velocidade de determinada
reação fornecem evidências importantes que ajudam a formular um mecanismo de reação, ou seja, uma visão
em nível molecular que apresenta um passo a passo do caminho que transforma reagentes em produtos.
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1) Estado físico (Natureza) dos reagentes: quanto mais facilmente as moléculas dos reagentes colidem
umas com as outras, mais rapidamente elas reagem. De modo geral, as reações podem ser classificadas
com homogêneas, envolvendo apenas gases ou líquidos, ou como heterogêneas, nas quais os reagentes se
encontram em fases diferentes. Sob condições heterogêneas, uma reação é limitada pela área de contato dos
reagentes. Assim, a superfície de contato interfere entre os reagentes interfere na velocidade da reação.
2) Concentração dos reagentes: a maioria das reações químicas ocorrem mais rapidamente se a
concentração de um ou mais reagentes aumenta. Com o aumento da concentração dos reagentes, a
frequência com que as moléculas de reagente colidem aumenta, levando ao aumento da velocidade.
3) Temperatura da reação: a velocidade das reações geralmente aumenta à medida que a temperatura
aumenta. O aumento da temperatura eleva a energia cinética das moléculas. A medida que as moléculas se
movem com maior velocidade, elas colidem com mais frequência e energia, levando a velocidades de
reação mais altas.
4) Presença de um catalisador: os catalisadores são agentes que aumentam a velocidade das reações sem
que eles mesmos sejam consumidos. Eles afetam os tipos de colisão (e, portanto, alteram o mecanismo)
que levam à reação.
FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DA REAÇÃO
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Em nível molecular, a velocidade das reações depende da frequência das colisões entre as moléculas.
Quanto maior for a frequência das colisões, maior será a velocidade da reação. No entanto, para que uma
colisão leve a uma reação, ela deve ocorrer com energia suficiente para quebrar ligações e com orientação
adequada para que novas ligações sejam formadas nos locais apropriados. A energia mínima necessária para
iniciar uma reação química é chamada de energia de ativação Ea.
FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DA REAÇÃO
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VELOCIDADE DAS REAÇÕES
Efeito da temperatura
• Arrhenius: as moléculas devem possuir uma quantidade mínima de energia para que elas
reajam. Por quê?
• Para que formem produtos, as ligações devem ser rompidas nos reagentes.
• A quebra de ligação requer energia.
• A energia de ativação, Ea, é a energia mínima necessária para iniciar uma reação química.
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Efeito da temperatura
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k é a constante de velocidade;
Ea é a energia de ativação;
R é a constante dos gases (8,3145 J K-1 mol-1); e 
T é a temperatura absoluta (K).
• A é chamado de fator de freqüência e engloba os termos
relacionados à frequência de colisões e ao fator estérico.
• A é uma medida da probabilidade de uma colisão favorável.
• Tanto A como Ea são específicos para uma determinada reação.
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CONCENTRAÇAO E LEIS DE VELOCIDADE
A equação que mostra como a velocidade depende das concentrações dos reagentes, é chamada de lei de
velocidade. Para a reação geral:
a lei de velocidade geralmente tem a forma:
Observe que somente as concentrações dos reagentes costumam aparecer na lei de velocidade. A constante k
é chamada de constante de velocidade. A magnitude de k é alterada com a temperatura T (portanto,
determina como a temperatura afeta a velocidade) e pela energia de ativação Ea. Os expoentes m e n definem
a ordem da reação em função de cada reagente e são tipicamente números inteiros e pequenos. Se
conhecermos os valores de m e n em uma reação, podemos ter uma boa noção de cada etapa dessa reação.
De modo geral, m e n são determinados experimentalmente. Se a reação for elementar (ocorre em apenas uma
etapa), m e n corresponderão aos coeficientes estequiométricos da reação.
Equação de Arrhenius
Leis de Velocidade e Ordem da Reação
Reação de 2ª ordem com relação ao NO2
Reação de ordem zero com relação ao CO
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Como pode uma lei da velocidade ser determinada?
Série de experiências:
A concentração de cada reagente é
sistematicamente variada
A  B
velocidade = k[A]x
Se x = 1: velocidade = k[A]  1ª ordem  Se dobrarmos a 
concentração de A, a velocidade também aumentaria por um fator de 2.
Se x = 2: velocidade = k[A]2 2ª ordem  Se dobrarmos a 
concentração de A, a velocidade aumentaria por um fator de 4.
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Exercício-Exemplo
Abaixo estão alguns dados, coletados em uma série de experiências, sobre
a reação do óxido nítrico com o bromo.
2NO(g) + Br2(g) 2NOBr(g)
Velocidade
mol dm-3 s-1
Br2
mol dm-3
NO 
mol dm-3
Experiência
120,100,101
240,200,102
360,300,103
480,100,204
1080,100,305
Determinar a Lei de Velocidade para a reação e calcular o valor da constante de velocidade.
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