Aulas Cinética I & II (CVTG 17 &19-05-16).pdf

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20/05/2016
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Programação Final – QT Teoria
17/05/2016: terça feira, 14h -16h - Aula
19/05/2016: quinta feira, 10h – 12h - Aula
24/05/2016: terça feira, 14h -16h - P2
26/05/2016: quinta feira, FERIADO
31/05/2016: terça feira, 14h -16h – Aula
02/06/2016: quinta feira, 09h – 12h – Aula
07/06/2016: terça feira, 14h -16h – NÃO HAVERÁ AULA (PIBIC)
09/06/2016: quinta feira, 09h – 12h– NÃO HAVERÁ AULA (PIBIC)
14/06/2016: terça feira, 14h -16h – Aula
16/06/2016: quinta feira, 09h – 12h – Aula
21/06/2016: terça feira, 14h -16h – Aula
23/06/2016: quinta feira, 09h – 12h – P3
28/06/2016: terça feira, 14h -16h – Vistas P3
30/06/2016: quinta feira, 09h – 12h – SUB
05/07/2016: terça feira, 14h -16h – EXAME
CINÉTICA QUÍMICA
Química das Transformações
1º Semestre 2016
20/05/2016
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Explosão
Corrosão de uma estrutura metálica
no fundo do oceano
Cinética Química
Estudo da velocidade na qual as REAÇÕES QUÍMICAS
ocorrem visando o controle e compreensão das mesmas em
nível molecular
REAÇÃO QUÍMICA: Processo de transformação química, isto
é, da conversão de uma ou mais substâncias em outras
substâncias
O que é necessário para que uma REAÇÃO QUÍMICA ocorra?
mecanismo
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Fatores que Afetam a Velocidade
das Reações
Concentração dos Reagentes
Estado físico dos Reagentes
Temperatura 
Presença de catalisador
Presença de inibidor
Concentração de Reagentes
Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2(g) 
Tempo (s)
[M
g]
 (m
ol
/L
) [HCl] = 0,3 mol/L
Tempo (s)
[M
g]
 (m
ol
/L
)
[HCl] = 6 mol/L
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Concentração dos Reagentes
Menor concentração de reagentes
Menor probabilidade de colisão
Mais lenta é a reação
Mais concentração de reagentes
Maior probabilidade de colisão
Mais rápida é a reação
Estado Físico dos Reagentes
A área de contato afeta a velocidade da reação
Quanto maior a área de contato, maior a velocidade de reação
Quanto menores as partículas de um sólido, maior a área superficial 
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Temperatura
Muitas reações acontecem mais rapidamente quando a temperatura
aumenta. Por que?
Em geral, um aumento de cerca de 10 oC na temperatura duplica a
velocidade de reações de compostos orgânicos em solução
2
cin mv
2
1
E 
kT
2
3
Ecin 
Tbaixa Talta
Presença de Catalisador
Catalisadores: substâncias que aceleram reações 
químicas mas não sofrem alterações
Decomposição de H2O2
2 H2O2 → 2 H2O + O2
Reação lenta, que pode ser acelerada em presença de 
MnO2 ou de enzima
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Presença de Inibidores
Inibidores são substâncias que inibem reações químicas
melanina
PPO = enzima polifenol oxidase 
R
OH
+ O2
Incolor
R
OH
+ O2
OH
PPO PPO
R
O
+ O2
O
Incolor Colorido
Inibidor: H+
Tipos de Velocidades de Reação
velocidade média 
velocidade inicial
velocidade instantânea
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Velocidade de Reação
Velocidade de reação (ou taxa de reação) é a variação da concentração de 
reagentes ou produtos por unidade de tempo
A → B 
inicialf inal
inicialf inal
A,média
tt
}]A[]A{[
t
]A[
v






0 50 100 150 200 250
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
B
Co
nc
en
tra
çã
o/m
ol.
 L-
1
Tempo/s
A
Unidades de velocidade de reação: mol/L.s
inicialf inal
inicialf inal
B,média
tt
]B[]B[
t
]B[
v






Determinação da Velocidade Média 
C4H9Cl(aq) + H2O(l)  C4H9OH(aq) + HCl(aq)
cloreto de
butila
butanol
0)(50
0,100)(0,0905
vm



500)(800
0,0368)(0,0200
vm



inicialf inal
inicial94final9494
ClHC,média
tt
}]ClHC[]ClHC{[
t
]ClHC[
v
94 





A velocidade
média diminui
com o tempo!
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Determinação da Velocidade Inicial 
Oxidação de Corante Azul Brilhante com Alvejante
[corante] diminui com o tempo
A velocidade da reação pode
ser determinada graficamente
Velocidade inicial é a velocidade no instante t = 0
Azul brilhante
FD&C No 1
Determinação da Velocidade Instantâneaal 
s.L/mol01x2
s)0200(
L/mol)100,0060,0(
v 4inicial




s.L/mol01x2,6
s)400800(
L/mol)042,0017,0(
v 5s60,inst




C4H9Cl(aq) + H2O(l) → C4H9OH(aq) + HCl(aq) 
cloreto de butila butanol
Usualmente, o termo velocidade diz respeito
à velocidade instantânea
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Lei de Velocidade
Relação entre velocidade e concentração dos reagentes
A → B + C
v ∝ (PA)
x (reações em fase gasosa)
Para converter uma proporcionalidade (∝) numa igualdade (=) 
faz-se uso de uma constante
k = constante de velocidade
k é específica para cada reação
k não depende da concentração dos reagentes
k depende da temperatura
v ∝ [A]x
v = k [A]x
Leis de Velocidade
Em geral, para uma reação
a A + b B → x X 
com um catalisador C
v = k [A]m[B]n[C]p 
m, n, e p são as ordens da reação com respeito a A, B e C, 
respectivamente. 
m, n e p podem assumir valores inteiros (0, 1, etc.) ou fracionários.
As ordens da reação devem ser determinadas experimentalmente
A ordem global da reação é igual a m + n + p
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Leis de Velocidade
A ordem da reação com respeito aos reagentes tem que ser determinada 
experimentalmente e não tem a ver com a estequiometria. Por exemplo:
H2(g) + Br2(g) → 2HBr(g)
Estequiometria muito simples: 1 mol de H2 gasoso reage com 1 mol de Br2
gasoso produzindo 2 mols de HBr
Lei de velocidade complexa:
O fato de algumas reações apresentarem leis de velocidade que reflitam a
estequiometria trata-se de mera coincidência ou de um aspecto relativo ao
mecanismo da reação
]HBr´[k]Br[
]Br][H[k
v
2
2/3
22


Determinação de Lei de Velocidade
2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)
v = k [NO]x [O2]
y
y = 1 
x = 2
v = k [NO]2 [O2]
1
Experimento [N O] (mol/L) [O2] (mol/L) Vinicial (mol/L.s)
1 0,020 0,010 0,028
2 0,020 0,020 0,057
3 0,020 0,040 0,114
4 0,040 0,020 0,227
5 0,010 0,020 0,014
2x2x
2x 4x
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A + B → produtos
EXP [A]inicial (mol/L) [B]inicial (mol/L) Vinicial (mol/L.s)
1 0,00636 0,00384 2,91 x 10-7
2 0,0108 0,00384 4,95 x 10-7
3 0,00636 0,0050 4,95 x 10-7
Determinação de Lei de Velocidade
yx ]B[]A[kv 
y
2EXP
y
1EXP
x
2EXP
x
1EXP
2EXP
1EXP
]B[
]B[
]A[
]A[
k
k
v
v
 y
y
x
x
7
x
7
x
]00384,0[
]00384,0[
]0108,0[
]00636,0[
k
k
1095,4
1091,2



x)5889,0(588,0 
5889,0logx588,0log 
00,1x 
yx ]B[]A[kv
1EXP1EXP1EXP

yx ]B[]A[kv
2EXP2EXP2EXP

x)5889,0log(588,0log 
A + B → produtos
EXP [A]inicial (mol/L) [B]inicial (mol/L) Vinicial (mol/L.s)
1 0,00636 0,00384 2,91 x 10-7
2 0,0108 0,00384 4,95 x 10-7
3 0,00636 0,0050 4,95 x 10-7
Determinação de Lei de Velocidade
yx ]B[]A[kv 
y
3EXP
y
1EXP
x
3EXP
x
1EXP
3EXP
1EXP
]B[
]B[
]A[
]A[
k
k
v
v

y
y
x
x
7
7
]0050,0[
]00384,0[
]00636,0[
]00636,0[
k
k
10x95,4
10x91,2



y)768,0(588,0  768,0logy588,0log 
0,2y 
2]B][A[kv 
2
2
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x
L
mol
)00384,0(
L
mol
00636,0k
Ls
mol
1091,2  
12smol103,3k 
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Leis de Velocidade
v = k [A]m[B]n[C]p
Se m = 1, a reação é de 1a ordem com relação a A
v = k [A] [B]n[C]p
Se [A] duplica, a velocidade também duplica
Se m = 2, a reação é de 2a ordem com relação a A
v = k [A]2 [B]n[C]p
Se [A] duplica, a velocidade aumenta por um fator de 4
Se m = 0, a reaçãoé de ordem zero com relação a A
v = k [A]0[B]n[C]p  v = k [B]n[C]p
a A + b B → x X 
C
Velocidade de Reação e Estequiometria
aA + bB  cC + dD
Exemplo:
2HI(g)  H2(g) + I2(g) 
Qual a relação entre a velocidade de desaparecimento do HI e as 
velocidades de formação de H2(g) e I2(g) ?
t
]D[
d
1
t
]C[
c
1
t
]B[
b
1
t
]A[
a
1
v












t
]I[
1
1
t
]H[
1
1
t
]HI[
2
1
v 22









2
2
IproduçãoHIconsumo
HproduçãoHIconsumo
v2v
v2v


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Exercício 
Processo Haber de Produção de NH3
N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3(g)
A velocidade de desaparecimento de N2 é
___ vezes a velocidade de desaparecimento 
de H2. A velocidade de formação de NH3 é
___ vezes a velocidade de decomposição de
H2 e ___ vezes a velocidade de decomposição
de N2
t
]NH[
2
1
t
]H[
3
1
t
]N[
1
1
v 322









Fritz Haber (1868-1935)
Nobel Química 1918
1/3
2/3
2
Variação da Concentração no Tempo
Podemos obter a concentração de um 
dado reagente ou produto num dado 
instante, durante uma reação?
Quanto tempo leva para um poluente 
decompor?
Quanta penicilina sobrará em uma 
formulação após 1 ano na prateleira 
da farmácia?
Com a ajuda da matemática podemos 
converter leis de velocidade em 
expressões que mostram a variação 
da concentração no tempo
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Variação da Concentração no Tempo
A → B + C
x]A[k
t
]A[
v 



Transformação
da lei de velocidade
na equação de uma reta
y = a + bx
b é a inclinação da reta
Métodos
Há vários métodos para converter uma lei de velocidade numa 
expressão que nos forneça a variação da concentração no tempo
Método do Isolamento
Método das Velocidades Iniciais
Método da Diferenciação
Método da Integração
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Método da Integração
Admite-se, previamente, uma ordem para a reação e 
integra-se a lei de velocidade obtida
A → B + C
Lei de velocidade:
Variação infinitesimal de tempo:
x]A[k
t
]A[
v 



x]A[k
dt
]A[d

INTEGRAÇÃO
Atribuição da ordem
(x = 0,1, 2, etc...)
Exercício
Entregar em 31/05/2016
A velocidade da reação A + 3B → C + 2D é de 0,5
mol/L.s. (a) Obtenha as velocidades de formação
e consumo de todas as espécies envolvidas (A, B,
C e D). (b) Se a lei de velocidade para esta reação
é v = k [A] [B]2, quais as unidades de k?