Cinética

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Disciplina: Química Aplicada à Engenharia
Docente: Elecy Moreno.
Maio/2013
A Cinética Química é o estudo das velocidades das reações químicas, bem
como os fatores que a influenciam.
Está baseada em processos químicos experimentais, que são modelados
matematicamente por meio de equações diferenciais. O método consiste em
montar a equação diferencial que retrata um determinado fenômeno e
resolvê-la, obtendo-se assim a função que representa, explicitamente, a
variação da concentração dos reagentes com o passar do tempo.
A + B C + D
Reagentes Produtos
O conhecimento da cinética de qualquer processo é de grande importância,
devido a suas aplicações:
- na físico–química, para o estudo das ligações químicas (energia de ligação,
estabilidade de compostos);
- na química orgânica, para a determinação dos mecanismos das reações;
- em engenharia química, para o desenvolvimento de teorias de combustão,
explosões, transferência de massa e energia e no cálculo de reatores;
- no âmbito farmacêutico, nos estudos de estabilidade e degradação de
medicamentos.
A rapidez, ou velocidade, de uma reação química indica a variação da quantidade
de reagentes e produtos com o passar do tempo.
Consideremos uma reação química, já balanceada
aX + bY → cZ + dW
Em que os reagentes X e Y vão sendo consumidos e os produtos Z e W formados.
Chamamos de velocidade média de consumo de X a razão:
Considere o seguinte exemplo da decomposição do pentóxido de dinitrogênio, 
N2O5:
2 N2O5(g)  4 NO2 (g) + O2 (g)
O quadro abaixo mostra a concentração de N2O5 como uma função do tempo 
(a 45oC)
Tempo (minutos) [N2O5] (mol dm
-3)
0 0,01756
20 0,00933
40 0,00531
60 0,00295
80 0,00167
100 0,00094
160 0,00014
Para achar a velocidade da reação dividimos a variação na concentração de N2O5
pelo período de tempo no qual a variação ocorreu. Devido ao fato de N2O5 estar
sendo consumido nesta reação, dará um resultado negativo, por convenção,
dados de velocidade são colocados com o sinal positivo.
Velocidade após 20 minutos = (0,00933 - 0,01756)/20 = 4,11x10-4 mol dm-3 min-1
Velocidade após 40 minutos = (0,00531 - 0,00933)/20 = 2,01x10-4 mol dm-3 min-1
A revelação de uma imagem fotográfica em um filme é um processo controlado
pela cinética química da redução do halogeneto de prata por um revelador. A
tabela abaixo mostra o tempo de revelação de um determinado filme, usando um
revelador D-76.
nº de mols do revelador tempo de revelação (min)
24 6
22 7
21 8
20 9
18 10
A velocidade média (vm) de revelação, no intervalo de tempo de 7 min a 10 min,
é:
a) 3,14 mols de revelador / min.
b) 2,62 mols de revelador / min.
c) 1,80 mols de revelador / min.
d) 1,33 mols de revelador / min.
e) 0,70 mol de revelador / min.
“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”
“Constante da velocidade, k, é uma constante de proporcionalidade que
relaciona velocidade e concentração. Tem valor constante a uma temperatura
e varia com a temperatura”
2. Ordem de reação. Leis de velocidade
“Ordem de uma reação química é igual ao valor do expoente ao qual os
reagentes estão elevados e expressos na equação da lei da velocidade”
“Lei de velocidade de uma reação química é uma equação que relaciona a
velocidade de uma reação com a concentração dos reagentes elevadas em certos
expoentes”
Para uma reação química geral:
aA + bB cC + dD
A seguinte lei da velocidade é obtida:
Velocidade = k [A]m [B]n
Em que m e n são os expoentes dos
reagentes e são determinados
experimentalmente.
Velocidade = -d[M]/dt = k = k[M]0 à zero ordem em [M]
Velocidade = -d[M]/dt = k[M] = k[M]1 à primeira ordem em [M]
Velocidade = -d[M]/dt = k[M]2 à segunda ordem em [M]
Velocidade = -d[M]/dt = k[M]3 à terceira ordem em [M]
Mecanismos das reações
É o conjunto de etapas em que ocorre uma reação, sendo a velocidade da reação
determinada pela etapa mais lenta.
Dá-se o nome de reação elementar àquela que ocorre em apenas uma
etapa.Reação não-elementar é aquela que ocorre em duas ou mais etapas.
No caso de uma reação elementar, a lei cinética pode ser adaptada para:
v = k · [X]x · [Y]y
Em que x e y é o número de moléculas respectivamente de X e Y que sofrem a
colisão que provocará a reação.
Energia de ativação
A energia de ativação é a energia mínima necessária para que a reação possa
ocorrer. Ela recebe este nome porque reagentes e produtos passam por uma
configuração intermediária que recebe o nome de complexo ativado. Trata-se,
portanto, da energia mínima necessária para a formação deste complexo
ativado.
A energia de ativação é explicada pela teoria da colisão: a reação química é
constituída por colisões entre as moléculas dos reagentes. Nem toda colisão,
porém, é eficaz, pois é necessário que haja energia suficiente e geometria
molecular adequada. A energia de ativação é aquela requerida para que as
colisões sejam eficazes, ou seja, resultem no complexo ativado.
Fatores que influenciam a velocidade da reação
• Concentração dos reagentes:
Quanto maior a concentração dos reagentes maior será a velocidade da reação.
Para que aconteça uma reação entre duas ou mais substâncias é necessário que
as moléculas se choquem, de modo que haja quebra das ligações com
consequente formação de outras novas. O número de colisões irá depender das
concentrações de A e B. Veja a figura:
Moléculas se colidem com maior
frequência se
aumentarmos o número de moléculas
reagentes.
É fácil perceber que devido a uma maior
concentração haverá aumento das
colisões entre as moléculas.
No caso de reações que envolvam
reagentes gasosos, quanto maior a
pressão, mais rápida a reação.
Pressão:
Quando se aumenta a pressão de um sistema gasoso, aumenta-se a velocidade da
reação.
Um aumento na pressão de P1 para P2 reduziu o volume de V1 para V1/2,
acelerando a reação devido à aproximação das moléculas.
A figura acima exemplifica, pois com a diminuição do volume no segundo recipiente,
haverá um aumento da pressão intensificando as colisões das moléculas e em
consequência ocorrerá um aumento na velocidade da reação.
• Energia de ativação:
Quanto maior a energia de ativação, mais lenta será a reação.
• Temperatura:
Quando se aumenta a temperatura de um sistema, ocorre também um aumento
na velocidade da reação. Aumentar a temperatura significa aumentar a energia
cinética das moléculas. No nosso dia a dia podemos observar esse fator quando
estamos cozinhando e aumentamos a chama do fogão para que o alimento atinja
o grau de cozimento mais rápido.
• Superfície de contato:
Um aumento da superfície de contato aumenta a velocidade da reação. Um
exemplo é quando dissolvemos um comprimido de sonrisal triturado e ele se
dissolve mais rapidamente do que se estivesse inteiro, isto acontece porque
aumentamos a superfície de contato que reage com a água.
• Catálise:
É uma reação na qual existe a presença de uma substância capaz de acelerar a
reação - um catalisador -, mas que não toma parte na reação propriamente dita,
permanecendo inalterada sua massa e suas propriedades após a reação. Seu
efeito baseia-se na redução da energia de ativação. (Da mesma forma, pode
ocorrer a presença de um inibidor - substância que inibe a ação do catalisador.
Neste caso, obviamente, o efeito do catalisador é anulado, e a velocidade da
reação permanece inalterada.)
Lei de Guldberg Waage (Lei da ação das massas)
“A velocidade de uma reação é diretamente proporcional ao produto das
concentrações molares dos reagentes, quando estes estão elevadosa expoentes,
que são os seus respectivos coeficientes estequiométricos”.
Exemplo: aA + bB  cC + dD
V = K . [A]a . [B]b
K é uma constante que só depende da temperatura, e a e b são os expoentes
determinados experimentalmente.
A + B  XConsidere:
Para determinar, experimentalmente, a lei da velocidade, devemos variar a
concentração molar dos reagentes e verificar como varia a velocidade.
Do experimento 1 para o experimento 2,
A [A] foi dobrada e [B] manteve-se constante. A velocidade também foi dobrada.
Dessa forma, concluímos que o coeficiente de [A] é 1.
Do experimento 1 para o 3, [A] permaneceu constante e [B] foi dobrada. E a
velocidade quadriplicou. Concluímos, então, que o coeficiente de [B] é 2 e a lei da
velocidade é:
V = K . [A]1 . [B]2
Qual a ordem da reação em:
aA + bB ----> cC (em que a, b e c são números inteiros e balanceamento)
se por exemplo forem dados a tabela:
[A] [B] Velocidade
1,0 1,0 100
2,0 1,0 100
2,0 2.0 400
V = K.[B]2
Considere a seguinte reação elementar:
2 HCl (g) → H2(g) + Cl2(g)
a) Escreva a equação de velocidade dessa reação;
b) Por meio de experiências, a velocidade dessa reação de decomposição do gás cloreto 
de hidrogênio e a concentração desse reagente, em temperatura constante de 25 ºC, 
foram anotadas na tabela abaixo:
Resolução:
a) v = k . [HCl]2
b) v = k . [HCl]2
k = __v___
[HCl]2
k = 1,01 . 10-3 mol . L-1 . min-1
0,01 mol . L-1
k = 1,01 . 10-4 min-1
[NO2] inicial [O3] inicial
Velocidade
(mol . L-1 . s-1)
5,0 . 10-5 1,0 . 10-5 2,2 . 10-2
5,0 .10-5 2,0 . 10-5 4,4 . 10-2
2,5 . 10-5 2,0 . 10-5 2,2 . 10-2
Uma das reações que podem ocorrer no ar poluído é a reação do dióxido de nitrogênio, NO(2(g),
com o ozônio, O3(g): NO2(g) + O3(g) → NO3(g) + O2(g) Os seguintes dados foram coletados nessa
reação, a 25ºC:
A expressão da lei da velocidade e o valor da constante de velocidade para essa reação são,
respectivamente:
a) v = k . [NO2] e 2, 2 . 10
7
b) v = k . [O3] e 4,4 . 10
7
c) v = k . [NO2] . [O3] e 2,2 . 10
7
d) v = k . [NO2] . [O3] e 4,4 . 10
7
e) v = k . [NO2] + [O3] e 2,2 . 10
7
Para a reação:
2 A(g) + B(g) → C(g), verifica-se experimentalmente que a velocidade de formação
de C independe da concentração de B e é quadruplicada quando se dobra a
concentração de A. A expressão matemática da lei da velocidade para essa
reação é:
a) v=K . [A]2 . [B]
b) v=K . [A] . [B]
c) v=K . [A]2
d) v=K . [A]4
e) v=K . [A]4 . [B]
Um dos objetivos do catalisador no sistema de descarga de um automóvel é o de
converter os óxidos de nitrogênio em moléculas menos danosas ao ambiente.
A função do catalisador na reação é a de:
a) fortalecer as ligações no reagente.
b) impedir a formação do produto.
c) diminuir a velocidade de decomposição do NO(g).
d) diminuir a energia cinética da reação.
e) diminuir a energia de ativação da reação.
2NO(g) → N2(g) + O2
catalisador
Observe o gráfico ao lado: O perfil da reação genérica A → B, nele
representado, indica que a energia de ativação do processo, em kJ, é igual a:
a) -100
b) -150
c) -250
d) -300
e) -400
Utilizados pela indústria em sínteses de compostos orgânicos, os catalisadores são espécies 
químicas que têm a propriedade de aumentar a velocidade de uma reação, na maioria das 
vezes, por diminuir a energia de ativação. O gráfico ao lado mostra o de curso de uma 
reação reversível e as energias alcançadas na ausência e na presença de catalisador. 
Analise os valores apresentados e assinale o que for correto:
1 – A energia de ativação com catalisador da reação A +B →AB é igual a 22kcal.
2 – A energia de ativação com catalisador da reação AB →A +B é igual a 28kcal.
4 – A energia de ativação sem catalisador da reação A+B → AB é igual a 21kcal.
8 – A energia absorvida (ΔE) pela reação AB → A + B é igual a 7kcal.
16 – A energia liberada (ΔE) pela reação A + B → AB é igual a -8kcal.
Num dado meio onde ocorre a reação N2O5  N2O4 + ½ O2 , observou-se a
seguinte variação na concentração de N2O5 em função do tempo:
N2O5
(mol/L) 
0,233 0,200 0,180 0,165 0,155 
Tempo (s) 0 180 300 540 840 
A velocidade média da reação no intervalo de tempo de 180s a 300s é:
a) 1,83 x 10-4 mol/L.s
b) 1,67 x 10-4 mol/L.s
c) 6,25 x 10-5 mol/L.s
d) 3,33 x 10-5 mol/L.s
e) 9, 29 x 10-5 mol/L.s.