Aula - Cinética 2 final

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CINÉTICA QUÍMICA TEÓRICA
Profª. Drª. Karyme do S. de S. Vilhena
Universidade Federal do Pará
Campus Universitário de Tucuruí
Faculdades de Engenharia Civil, Elétrica e Mecânica
A velocidade da reação química é a variação da concentração de uma substância do sistema reacional por unidade de tempo.
Velocidade das Reações Químicas
A velocidade de uma reação pode ser definida como sendo a velocidade com que a concentração dos reagentes diminui, ou a dos produtos aumenta, por unidade de tempo. 
Velocidade das Reações Químicas
Qual das duas reações é mais rápida a do sódio com o bromo ou a oxidação do ferro em contato com o ar?
Para determinar a velocidade de uma reação é preciso medir duas grandezas CONCENTRAÇÃO e TEMPO.
 a velocidade de uma reação pode ser descrita como a diminuição da concentração de um reagente ou aumento da concentração de um produto, por unidade de tempo.
A velocidade definida desta forma é uma velocidade média no intervalo de tempo determinado.
Consideremos a decomposição (desaparecimento) do N2O5 dissolvido em CCl4. Esta reação ocorre de acordo com a seguinte equação:
	 2N2O5 (solvente)		4NO2(solvente) + O2(g)
A velocidade média: o quociente entre a variação da concentração do N2O5 e a variação do tempo:
2N2O5 (solvente)	 4NO2(solvente) + O2(g)
2N2O5 (solvente)	 4NO2(solvente) + O2(g)
Velocidade de decomposição N2O5
O sinal negativo (-) é necessário, pois a concentração de N2O5 diminui com o passar do tempo: 
A velocidade da reação também pode ser descrita a partir da velocidade de formação do NO2 ou da velocidade de formação do O2.
A velocidade de formação do NO2 é o DOBRO da velocidade de desaparecimento do N2O5.
A velocidade de formação do O2 é a METADE da velocidade de desaparecimento do N2O5.
Velocidade média única da reação
2N2O5 (solvente)	 4NO2(solvente) + O2(g)
 Dê as velocidades relativas de desaparecimento do reagente, formação dos produtos e única na seguinte reação:
			4PH3(g)		P4(g) + 6H2(g)
Solução: Para igualar as velocidades, temos que dividir Δ[reagentes]/Δ[produtos] pelo coeficiente estequiométrico da equação equilibrada.
Equação (Lei) de Velocidade
A relação entre as concentrações dos reagentes e a velocidade da reação é a equação de velocidade ou lei de velocidade.
Onde k é denominada constante de velocidade (independe da concentração).
Cada reação tem sua própria lei de velocidade.
2N2O5 (solvente)	 4NO2(solvente) + O2(g)
Em uma reação:
aA + bB 		xX
C
Onde C é um catalisador
 Os expoentes m, n e p não são os coeficientes estequiométricos da reação;
 Os expoentes são determinados experimentalmente;
 A equação de velocidade mostra que a velocidade é proporcional a concentração dos reagentes – e talvez do catalisador. 
 Na reação de decomposição do peróxido de hidrogênio na presença de um catalisador como o íon iodeto:
			2H2O2(aq)		2H2O(l) + O2(g)
Experimentalmente foi demonstrado que a reação tem a seguinte equação de velocidade:
CATALISADOR
I-
A Ordem de uma Reação
A ordem de uma reação química em relação ao reagente é igual ao expoente da concentração deste na equação de velocidade.
2N2O5 (solvente)		4NO2(solvente) + O2(g)
A reação é de primeira ordem em relação ao N2O5 e é de primeira ordem global.
2NO(g) + Cl2(g)		2NOCl(g)
 A reação é de segunda ordem em relação ao NO;
 De primeira ordem em relação ao Cl2;
 E de terceira ordem global.
Experimento
[NO]
Mols/L
[Cl2]
Mols/L
Velocidades
Mols/L.s
1
0,250
0,250
1,46x10-6
2
0,500
0,250
5,72x10-6
3
0,250
0,500
2,86x10-6
4
0,500
0,500
11,4x10-6
Determinação da Ordem de Reação
 Exemplo: Na reação entre NO e Cl2 
2NO(g) + Cl2(g)		2NOCl(g)
Experimento
[NO]
Mols/L
[Cl2]
Mols/L
Velocidades
Mols/L.s
1
0,250
0,250
1,46x10-6
2
0,500
0,250
5,72x10-6
3
0,250
0,500
2,86x10-6
4
0,500
0,500
11,4x10-6
 Ordem em relação ao NO
Cte.
Experimento
[NO]
Mols/L
[Cl2]
Mols/L
Velocidades
Mols/L.s
1
0,250
0,250
1,46x10-6
2
0,500
0,250
5,72x10-6
3
0,250
0,500
2,86x10-6
4
0,500
0,500
11,4x10-6
 Ordem em relação ao NO
Cte.
Experimento
[NO]
Mols/L
[Cl2]
Mols/L
Velocidades
Mols/L.s
1
0,250
0,250
1,46x10-6
2
0,500
0,250
5,72x10-6
3
0,250
0,500
2,86x10-6
4
0,500
0,500
11,4x10-6
Dividindo o valor da concentração do 2º experimento pela concentração do 1º experimento:
Cte.
 ORDEM EM RELAÇÃO AO NO
Dividindo o valor da velocidade do 2º experimento pela velocidade do 1º experimento:
Experimento
[NO]
Mols/L
[Cl2]
Mols/L
Velocidades
Mols/L.s
1
0,250
0,250
1,46x10-6
2
0,500
0,250
5,72x10-6
3
0,250
0,500
2,86x10-6
4
0,500
0,500
11,4x10-6
Cte.
 ORDEM EM RELAÇÃO AO NO
 Onde a representa a ordem da reação em relação ao NO, ou seja V=k[NO]a [Cl2]b temos que V=k[NO]2[Cl2]b .
Experimento
[NO]
Mols/L
[Cl2]
Mols/L
Velocidades
Mols/L.s
1
0,250
0,250
1,46x10-6
2
0,500
0,250
5,72x10-6
3
0,250
0,500
2,86x10-6
4
0,500
0,500
11,4x10-6
 ORDEM EM RELAÇÃO AO Cl2
Dividindo o valor da concentração do 2º experimento pela concentração do 1º experimento:
Dividindo o valor da velocidade do 2º experimento pela velocidade do 1º experimento:
Cte.
Experimento
[NO]
Mols/L
[Cl2]
Mols/L
Velocidades
Mols/L.s
1
0,250
0,250
1,46x10-6
2
0,500
0,250
5,72x10-6
3
0,250
0,500
2,86x10-6
4
0,500
0,500
11,4x10-6
 ORDEM EM RELAÇÃO AO Cl2
Cte.
 Onde b representa a ordem da reação em relação ao Cl2, ou seja V=k[NO]2[Cl2]b temos que V=k[NO]2[Cl2]1 .
Relações entre concentração e o tempo
Estas equações mostram as relações matemáticas entre concentração e tempo.
Reações de Primeira Ordem
Relações entre concentração e o tempo
Estas equações mostram as relações matemáticas entre concentração e tempo.
Reações de Primeira Ordem
Reações de Segunda Ordem
Reações de Segunda Ordem
Determine a constante de velocidade das seguintes reações de segunda ordem:
Sabendo que a concentração de A decresce de 2,5 mmol/L até 1,25 mmol/L em 100s.
Exemplo:
Determine o tempo necessário para que ocorra a seguinte reação de segunda ordem:
Sabendo que a concentração de A decresce de 0,10 mol/L até 0,08 mol/L e que k= 0,015L/mol.min.
Exercício
Reações de Ordem Zero
Concentração de um Reagente A em função do tempo para uma reação de ordem zero
Propriedades Características das Reações Tipo R→ Produtos 
Ordem
Eq. de Velocidade
Eq. Integrada de Velocidade
Gráfico Retilíneo
Coef. Angular
Unidade de K
0
k[R]0
[R]0-[R]t=kt
[R]tx t
-k
mols/L.s
1
k[R]1
ln([R]t/[R]0)=-kt
ln[R]tx t
-k
s-1
2
k[R]2
(1/[R]t)-(1/[R]0)=kt
1/[R]tx t
k
L/mol.s
Ao traçar o gráfico de [R]t x t, ln [R]t x t e 1/ [R]t x t aquele que demonstrar uma reta indicará a ordem da reação.
MÉTODO DO GRÁFICO
O gráfico mostra que a reação é de segunda ordem, pois ao traçar o gráfico de (1/[R]t)xt obtém-se uma reta perfeita.
FIM