Aula_Cinetica_Quimica_parte1

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CINÉTICA QUÍMICA 
2 
A investigação de uma reação química envolve dois aspectos fundamentais: 
  Quantificação da(s) energia(s) envolvida(s) na reação 
 
TERMODINÂMICA 
 Determinação da velocidade de reação 
CINÉTICA 
 
TEMPO É IRRELEVANTE 
CINÉTICA QUÍMICA 
TEMPO É RELEVANTE 
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 A Termodinâmica afirma que essa reação é espontânea, ou seja, apresenta 
energia livre negativa, G<0; 
 
 Entretanto, essa reação leva anos para ocorrer. 
A Cinética comprova que, na presença de um catalisador esta reação ocorre 
instantaneamente. 
H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (g) 
CINÉTICA QUÍMICA 
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CINÉTICA QUÍMICA 
 Uma reação química pode ser lenta, se os produtos são formados em um longo 
intervalo de tempo, como ocorre na corrosão ou no apodrecimento de material 
orgânico, por exemplo. 
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CINÉTICA QUÍMICA 
 Sabemos que uma reação química é rápida se os produtos são formados 
rapidamente, ou seja, se ocorrem em um curto intervalo de tempo, como acontece , 
por exemplo, em uma reação de precipitação ou em uma explosão. 
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PET: mais de 100 anos Filtro de Cigarro: 5 anos 
Chiclete: 5 anos 
Plásticos: até 450 anos 
Cerâmica: Indeterminado Vidro: Indeterminado 
APLICAÇÕES: IMPACTO AMBIENTAL 
CINÉTICA QUÍMICA 
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TEMPO DE DECOMPOSIÇÃO DOS MATERIAIS 
MATERIAL TEMPO DE DEGRADAÇÃO 
Cerâmica Indeterminado 
Alumínio 200 a 500 anos 
Chiclete 5 anos 
Embalagens PET 
(Polietileno Tereftalato) Mais de 100 anos 
Filtros de Cigarro 5 anos 
Isopor Indeterminado 
Papel e Papelão Cerca de 6 meses 
Plásticos (embalagens) Até 450 anos 
Vidros Indeterminado 
CINÉTICA QUÍMICA 
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APLICAÇÕES: MEDICAMENTOS 
Farmacocinética 
 
A bula que acompanha um medicamento traz informações sobre: 
 
a. o tempo de ação da droga no organismo; 
b. o tempo de eliminação da droga pelo organismo; 
c. a meia-vida do medicamento. 
Exjade™ (deferasirox) 
• No caso de portadores de anemias crônicas, as transfusões 
de sangue freqüentes e as agulhadas diárias já são uma 
rotina nas suas vidas; 
 
• as transfusões constantes provocam SOBRECARGA DE 
FERRO no organismo, complicando ainda mais a vida desses 
pacientes; 
 
• mas o prognóstico dessas doenças pode melhorar 
consideravelmente quando a retirada de ferro do organismo 
é feita periodicamente com deferasirox (Exjade); 
 
• Se não for tratado, o excesso de ferro pode acarretar danos 
ao fígado, coração, glândulas endócrinas e outros órgãos, 
podendo levar a morte. 
Meia-vida longa 
CINÉTICA QUÍMICA 
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Tabela 1. Propriedades químicas, farmacocinética e principais Mecanismos de ação de 
alguns inibidores de VEGF (Fator de Crescimento Vascular Endotelial) – que causam a 
cegueira em idosos. (Quanto maior VEGF , maior a probabilidade de cegueira em idosos) 
Cegueira em idosos acima de 60 anos  os medicamentos da Tabela 1 atuam na 
inibição de VEGF (Fator de Crescimento Vascular Endotelial). 
CINÉTICA QUÍMICA 
FDA : Food and Drug Administration (orgão governamental americano que faz o controle dos 
alimentos e das drogas) 
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CINÉTICA QUÍMICA 
Considera-se aditivo alimentar a “substância intencionalmente adicionada ao alimento com a 
finalidade de CONSERVAR, intensificar ou modificar suas propriedades, desde que não 
prejudique seu valor nutritivo” (Artigo 2º do Decreto 55.871 de 24/04/1965) 
NOME FUNÇÃO 
Antioxidantes 
impedem as reações com o oxigênio evitando a rancificação dos 
alimentos ricos em gorduras, principalmente em produtos como 
margarinas e maioneses. 
Aromatizantes e 
Flavorizantes 
realçam ou intensificam o sabor e o odor dos alimentos e, por 
isso, são usados para evitar que os produtos percam parte de seu 
sabor e aroma durante o processo de fabricação ou de 
armazenamento. 
Conservantes 
conservam os produtos, impedindo a proliferação de micro-
organismos ou de enzimas que possam provocar transformações 
químicas capazes de causar alterações nos alimentos. 
Corantes 
Conferem ou intensificam a cor natural dos alimentos para 
melhorar a sua aparência, tornando-os mais vistosos e atraentes. 
Os corantes naturais são extraídos de matérias primas como 
frutas e vegetais, um exemplo é o beta-caroteno, uma das formas 
de vitamina A, que pode ser extraído de cenouras ou abóboras 
amarelas. Há também corantes extraídos da beterraba e de 
vegetais verdes. 
APLICAÇÕES: INDÚSTRIA ALIMENTÍCIA 
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CINÉTICA QUÍMICA 
NOME FUNÇÃO 
Espessantes 
têm a finalidade de aumentar a viscosidade dos alimentos. Em 
geral, são extraídos de plantas, como algas, ou de sementes. Os 
espessantes são utilizados em alimentos cremosos como 
margarinas e sorvetes. 
Estabilizantes 
são usados para manter a homogeneidade dos alimentos, pois 
impedem a separação dos diferentes ingredientes que fazem 
parte de uma mistura. Frequentemente, eles são produzidos a 
partir de óleos vegetais, como a lecitina de soja. São usados 
para manter partículas sólidas em suspensão em misturas 
heterogêneas como maionese. 
Umectantes 
impedem o ressecamento dos produtos, pois são substâncias 
que retêm água. 
Antiumectantes evitam a absorção de água pelos alimentos. 
Edulcorantes 
substâncias doces de baixo teor calórico, que substituem o 
açúcar em dietas destinadas às pessoas que necessitam evitar o 
seu consumo. Os edulcorantes são também chamados de 
adoçantes e, como exemplo, podemos citar o ciclamato de sódio 
e a sacarina sódica, ainda muito usados no Brasil, mesmo que 
essas substâncias sejam proibidas em alguns países. 
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CINÉTICA QUÍMICA 
Os métodos de conservação dos alimentos têm por objetivo impedir que os 
alimentos se estraguem devido a alterações provocadas por bactérias, fungos e 
enzimas. Esses métodos devem reduzir ou eliminar a quantidade de micro-
organismos e de enzimas que causam a deterioração; criar um meio 
desfavorável para o desenvolvimento desses micro-organismos e para a 
atividade enzimática; e também controlar a rapidez dessas reações para 
que seja possível o armazenamento dos alimentos por mais tempo. 
A deterioração dos alimentos é devida à ocorrência de reações químicas. Elas 
podem ser provocadas por enzimas e, geralmente, são reações de 
decomposição, de hidrólise ou de oxidação de algumas ou de várias substâncias. 
A rapidez com que as reações ocorrem vai depender, entre outros fatores, 
da temperatura em que o alimento é armazenado. Um outro fator que 
influencia a rapidez dessas reações é a presença de enzimas, que 
funcionam como catalisadores do processo de decomposição e, portanto, 
aumentam a rapidez com que essas reações se processam. 
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APLICAÇÕES: DESINTEGRAÇÕES RADIOATIVAS 
Radioatividade: é a emissão espontânea de partículas e/ou radiação de núcleos 
instáveis 
Núcleo: prótons e neutrons 
3 quarks: 2 up + 1 down 3 quarks: 2 down + 1 up 
Cinética das desintegrações radioativas 
CINÉTICA QUÍMICA 
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226 Ra 88 ===> 
222 Rn 86 + 
4 He 2 (alfa, ) 
 
60 Co 27 ===> 
60 Ni 28 + e-1 (beta, ) 
 
5% da velocidade da luz no vácuo 
95% da velocidade da luz no vácuo 
 a velocidade da luz no vácuo 
Emissão de fótons ===> (gama, ) 
 
 elétrons 
pósitrons 
CINÉTICA QUÍMICA 
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CINÉTICA QUÍMICA 
 Up (para cima) – É o mais leve dos quarks. Cada próton possui dois up em seu 
interior. Cada nêutron, um. 
 
 Down (para baixo) – Faz dupla com o up na constituição da matéria. Cada próton 
tem um down e, cada nêutron, dois downs. 
Parênteses importante! 
Quarks do próton 
Carga do quark “up” = +2/3 e 
Carga do quark “down” = -1/3 e 
Quarks do neutron 
1)
3
1
(1) 
3
2
( 2 downcarga upcarga 2próton docarga 
Zero
3
1
(- 2 upcarga downcarga2neutron docarga  )
3
2
(1)
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PROGRAMA: 
 Definição dos termos cinéticos; 
 Efeito da concentração sobre a valocidade da reação; 
 Leis de velocidade e sua determinação empírica; 
 Métodos para determinação da lei de velocidade: 
a. Método do isolamento; 
b. Método das velocidades iniciais; 
c. Método diferencial; 
d. Método de integração. 
 Meia-vida de uma reação; 
 Mecanismos de reação: 
a. Molecularidade e ordem de reação; 
b. Etapa determinante da velocidade de uma reação. 
CINÉTICA QUÍMICA 
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 Efeito da temperatura sobre a velocidade de reação: 
a. A equação de Arrhenius e a determinação experimental dos parâmetros de 
Arrhenius: Fator pré-exponencial e Energia de ativação); 
• Teoria das colisões; 
• Teoria do complexo ativado; 
• Coordenada de reação; 
• Estado de transição; 
• Complexo ativado 
 Catálise; 
 Princípios básicos da catálise; 
 Tipos e propriedades dos catalisadores; 
 Fenômenos envolvidos na catálise: 
a. Difusão; 
b. Adsorção (Adsorção física e Adsorção química); 
c. Desorção. 
 Catálise homogênea; 
 Catálise heterogênea; 
 Catálise enzimática; 
 Mecanismo geral da catálise; 
 Energia de ativação para reações catalisadas. 
CINÉTICA QUÍMICA 
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CINÉTICA QUÍMICA 
Fatores qualitativos que afetam a velocidade de uma reação química: 
a. A natureza química dos reagentes; 
b. A habilidade dos reagentes para entrarem em contato um com o outro; 
c. A concentração dos reagentes; 
d. A temperatura; 
e. A disponibilidade dos agentes aceleradores da velocidade de reação, chamados de 
catalisadores. 
a. A natureza química dos reagentes: 
 
Ligações se rompem e novas ligações se formam durante as reações. As diferenças 
fundamentais entre as velocidades das reações, portanto, encontram-se nos próprios 
reagentes, nas tendências herdadas dos átomos, moléculas ou íons que sofrem 
mudanças nas ligações química. Temos, neste caso, a classificação das reações em 
lentas e rápidas, conforme visto nos exemplos iniciais. 
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CINÉTICA QUÍMICA 
b. A habilidade dos reagentes se envcontrarem (se colidirem): 
A maioria das reações envolve dois ou mais reagentes (átomos, moléculas, íons) que devem 
colidir uns com os outros para a reação ocorrer. Por isso, as reações são realizadas 
frequentemente em solução ou em fase gasosa, estados em que as espécies reagentes são 
capazes de colidirem umas com as outras mais facilmente. 
c. A concentração dos reagentes: 
As velocidades das reações químicas são afetadas pelas concentrações dos reagentes. 
Quanto maior a concentração dos reagentes, maior a probabilidade das moléculas colidirem 
entre si. 
d. A temperatura do sistema reacional: 
A maioria das reações químicas ocorrem mais rápido em temperaturas mais elevadas do 
que em temperaturas mais baixas. Por exemplo, os insetos se movem mais lentamente 
quando a o ar está frio. Um inseto é uma criatura de sangue frio, o que significa que a 
temperatura do corpo é determinada pela temperatura do meio. À medida que o ar esfria, os 
insetos esfriam da mesma forma, e então a velocidade de seu metabolismo química cai, 
provocando geralmente o óbito. Por isso que em países frios, como na Europa, não se vê 
insetos, enquanto em países tropicais a presença desses é um grande problema: dengue, por 
exemplo. 
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CINÉTICA QUÍMICA 
e. A presença de catalisadores 
Os catalisadores são substâncias que aumentam a velocidade das reações químicas, SEM 
SEREM CONSUMIDOS. Os catalisadores afetam cada momento de nossas vidas. Isso 
acontece porque as enzimas que direcionam a química de nosso corpo são todas 
catalisadores. Da mesma forma, são muitas as substâncias usadas nas indústrias químicas 
para produzir, por exemplo, a gasolina, os plásticos, os fertilizantes e outros produtos que 
tem se tornado necessários à nossa vida. 
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CINÉTICA QUÍMICA 
ASPECTOS QUANTITATIVOS 
Investigar a velocidade das reações químicas ( e suas respectivas leis de velocidade ) 
sob a influência da concentração dos reagentes, da temperatura e dos catalisadores. 
 A velocidade de uma reação química pode ser quantificada com relação à: 
quantidade de produto formado ou à quantidade de reagente consumido, na unidade 
de tempo. 
 
 Em Cinética Química são investigados os fatores que influenciam a velocidade das 
reações, podendo ser destacados: 
 
a. A CONCENTRAÇÃO das espécies envolvidas na reação; 
b. A TEMPERATURA com que a reação se processa; 
c. A adição de um CATALISADOR no meio reacional. 
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a. Efeito da concentração sobre a velocidade de reação 
O aumento da concentração inicial dos reagentes origina uma aumento na 
velocidade de reação. 
 
uma vez que, uma reação química é consequência de colisões entre reagentes 
quando aumentamos a concentração dos reagentes, favorecemos as colisões entre 
estes. 
A velocidade das reações químicas e as leis de velocidade: a velocidade de uma 
reação química pode ser expressa: 
 
em termos da variação das concentrações dos reagentes com o decorrer do 
tempo ou, 
 
em termos da variação das concentrações dos produtos com o decorrer do 
tempo. 
 
o gráfico da Figura 1 ilustra essas duas possibilidades: 
CINÉTICA QUÍMICA 
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CINÉTICA QUÍMICA 
Suponha a reação: X Y 
d[Y]/dt=v 
-d[X]/dt=v 
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CINÉTICA QUÍMICA 
A LEI DE VELOCIDADE (ou EQUAÇÃO DE VELOCIDADE) é determinada 
experimentalmente e pode ter a forma geral: 
 
 
 
 
 
k é a “constante de velocidade” da reação ou “velocidade específica”; 
 
n1 e n2 correspondem às ordens de reação parciais em relação aos 
reagentes A e B, respectivamente; 
 
n=n1+n2 corresponde à ordem global da reação. 
 
 
k e n são conhecidos como “parâmetros cinéticos” 
21 ][][ nn BAkv 
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CINÉTICA QUÍMICA 
OBSERVAÇÕES: 
 
1. A ordem de uma reação governa a forma matemática da lei de 
velocidade; 
 
2. A ordem de reação não pode ser prevista a partir da equação 
estequiométrica, ela deve ser investigada experimentalmente; 
 
3. Quando a ordem de reação coincide com a estequiometria da 
reação, é confiável supor que a reação ocorre segundo a equação que 
a representa. Caso contrário, temos que propor um mecanismo que 
concorde com a ordem de reação observada experimentalmente; 
 
4. A ordem de reação não necessita ser um número inteiro. 
Geralmente, reações de ordem fracionária significam complexidade 
no mecanismo. 
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CINÉTICA QUÍMICA 
OBS. São conhecidas apenas 5 reações gasosas de 3a ordem e, cada uma delas 
compreende a interação de NO com Cl2, Br2, O2, H2 e D2. 
Exemplos: 
1. N2O5 2 NO2 + ½ O2 
 (reação de 1a ordem) ][][ 5252 ONk
dt
ONd
v 
 (reação de 2a ordem) 
2. (C2H5)3N + C2H5Br (C2H5)4NBr 
][])[
])[(
52352
352 BrHCNHCk
dt
NHCd
v 
3. 2 NO + Cl2 2 NOCl 
 (reação de 3a ordem) ][][
][
2
1
2
2 ClNOk
dt
NOd
v 
OBS. Reação de mecanismo complexo 
4. CH3CHO CH4 + CO 
 (reação de ordem fracionária) 
23
3
3 ][
][
2
1
CHOCHk
dt
CHOCHd
v 
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CINÉTICA QUÍMICA 
UNIDADES 
Concentração: mol L-1 
Tempo: h, min, s, … 
Velocidade: mol L-1 s-1 
A unidade da constante de velocidade, k, depende da ordem de reação 
n=1 (1a ordem): k = mol L-1 s-1/mol L-1 = s-1 
n=2 (2a ordem): k = mol L-1 s-1/mol2 L-2 = mol-1 L s-1 
n (na ordem): k = mol L-1 s-1/moln L-n = mol1-n Ln-1s-1 
 v = k [C]n