Aula Cinética Química

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CINÉTICA QUÍMICA 
DISCIPLINA: FÍSICO-QUÍMICA 
Prof.ª DSc. Evaneide Nascimento Lima 
CINÉTICA QUÍMICA 
Cinética Química 
Velocidade média 
Expressão da Lei de Velocidade 
Reação Elementar e não elementar 
Ordem de Reação 
Molecularidade de Reação 
Energia de Ativação 
Complexo Ativado 
Catalisador e tipos de catálise 
Teoria das colisões 
Fatores que influem na velocidade das reações 
Cinética Química 
Área da Físico-Química que trata das 
velocidades das reações químicas 
 
“Cinética” 
 
 
Sugere movimento ou mudança 
 
Refere-se aqui à Velocidade de uma Reação, isto é, à variação da 
concentração de um reagente ou de um produto com o tempo (M/s) 
Cinética Química 
 
Aborda 
 
 
Rapidez com que os reagentes são consumidos e os produtos são formados 
Estuda a velocidade das reações e os fatores que a influenciam 
Identificação das etapas pelas quais se processa uma reação: “Mecanismos” 
Reações Químicas Rápidas Lentas 
Moderadas 
Cinética Química 
Reação Rápida 
6 NaN3(l) + Fe2O3(s) 3 Na2O(s) + 2 Fe(s) + 9 N2(g) 
faísca 
Cinética Química 
Reação Moderada 
Reação Lenta 
Decomposição dos 
Alimentos 
Formação do 
Petróleo 
Cinética Química 
Velocidade de Reação 
Toda reação é representada por uma Equação Geral 
 
Reagentes são consumidos 
Produtos são formados 
 
 
Assim, seguimos o progresso da reação medindo tanto a 
diminuição da concentração dos reagentes quanto o aumento da 
concentração dos produtos. 
 
REAGENTES PRODUTOS 
Velocidade de Reação 
A B 
t 
[ ] 
A 
B 
É a razão entre a quantidade consumida ou produzida da 
substância e o intervalo de tempo (∆t) em que isso ocorreu. 
Velocidade média de Reação 
Observação: a concentração de A diminui com o tempo, é uma 
quantidade negativa. Sendo a velocidade de uma reação uma 
quantidade positiva, deve-se introduzir um sinal negativo na 
equação da velocidade para tornar a velocidade positiva. 
Velocidade de Reação 
Para reações mais complexas 
2A B 
Para cada mol de B formado são consumidos 2 mols de A, ou 
seja, a velocidade com que A é consumido é duas vezes a 
velocidade de formação de B. 
Importante 
Dependendo da natureza da reação, há diferentes 
maneiras de medir a velocidade da reação. 
Exemplo 1: Em soluções aquosas o bromo molecular reage 
 com o ácido fórmico pela reação 
 
Br2(aq) + HCOOH(aq) 2H+(aq) + 2 Br-(aq) + CO2(g) 
Velocidades de reações 
O bromo molecular tem cor marrom avermelhada. Todas as 
outras espécies na reação são incolores. À medida que a reação 
avança, a concentração de bromo diminui e a cor desaparece 
gradualmente. A variação da concentração pode ser monitorada 
com um espectrofotômetro. A velocidade da reação pode ser 
determinada por um gráfico de [ ] de bromo x tempo. 
Leis de Velocidade 
O efeito da concentração do reagente sobre a velocidade de 
uma reação pode ser estudado determinando-se como a 
velocidade inicial depende das concentrações iniciais. 
Exemplo: Abaixo tem-se três medidas da velocidade da reação 
 
F2(g) + 2ClO2 (g) 2FClO2(g) 
Velocidade da Reação entre F2 e ClO2 
[F2] (M) [ClO2](M) Veloc. Inicial (M/s) 
0,10 0,010 1,2 x 10-3 
0,10 0,040 4,8 x 10-3 
0,20 0,010 2,4 x 10-3 
1 e 3: Duplicando [F2] e mantendo [ClO2] 
 constante, a velocidade duplica 
 
V proporcional [F2] 
1 e 2: Quadruplicando [ClO2] e mantendo [F2] 
constante, a velocidade quadruplica 
 
V proporcional [ClO2] 
Leis de Velocidade 
Velocidade = K[F2] [ClO2] 
Lei de Velocidade 
A constante de velocidade pode ser calculada com base na 
concentração dos reagentes e da velocidade inicial. 
 
Velocidade = K [F2] [ClO2] 
 
K = Velocidade 
 [F2] [ClO2] 
 
 
Lei de Velocidade 
Para a reação geral: a A + b B c C + d D 
 
Lei de Velocidade: Velocidade = K [A]x [B]y 
 
 
A soma das potências de todas as concentrações dos reagentes 
que aparecem na Lei de Velocidade é dita 
 
 
 
ORDEM DE REAÇÃO GLOBAL 
Logo, a ordem de reação é x + y 
Ordem de Reação 
A ORDEM EM RELAÇÃO A UM REAGENTE NÃO 
ESTÁ NECESSARIAMENTE RELACIONADA COM O 
COEFICIENTE ESTEQUIOMÉTRICO DO REAGENTE 
NA EQUAÇÃO GLOBAL BALANCEADA 
Reação de Ordem Zero 
 Reações de ordem zero são raras; 
 
 
 A equação cinética assume a forma: 
 
 
 A rapidez de uma reação de ordem zero é constante e 
independente das concentrações dos reagentes; 
Reação de Primeira Ordem 
É aquela cuja rapidez depende da concentração de 
 reagente elevada à potência unitária. 
Reação de Segunda Ordem 
É a reação cuja rapidez depende da concentração do reagente 
elevada ao quadrado ou de concentrações de dois reagentes 
diferentes, cada um deles elevado à unidade. 
Cálculo da Ordem de Reação 
Existem 3 formas fundamentais para se 
determinar a ordem de uma reação 
Reações Elementares 
 
 São aquelas que ocorrem em uma etapa; 
 
 Os expoentes da Lei da Ação das Massas coincidem com os 
coeficientes estequiométricos; 
 
 
Cálculo da Ordem de Reação 
Reações de várias etapas com mecanismos conhecidos 
 
 Mecanismo da reação: conjunto de etapas que compõe a reação; 
 
 A etapa mais lenta do processo é determinante e governa a lei de 
velocidade global; 
 
 A expressão da Lei das Massas para a reação é determinada 
considerando-se a molecularidade da etapa lenta; 
 
Considere o seguinte mecanismo 
Ordem de Reação 
É sempre determinada pela concentração dos reagentes. 
Exemplo: Para uma certa reação x = 1 e y = 2 
 
Velocidade = K [A] [B]2 
 
1ª Ordem em relação a A 
2ª Ordem em relação a B 
3ª Ordem Global 
Exemplo: Para uma reação x = 0 e y = 1 
 
Velocidade = K [A]0 [B]1 
 
 Ordem Zero em relação a A 
1ª Ordem em relação a B 
1ª Ordem Global 
Condições para que ocorra uma Reação 
 Os reagentes devem estar em contato; 
 Afinidade química entre os reagentes; 
Teoria da Colisão 
 As moléculas dos reagentes devem colidir entre si; 
 A colisão deve ocorrer com geometria favorável; 
 
Cinética Química 
Cinética Química 
Teoria da Colisão 
Modelo que explica a variação da rapidez das 
reações, considerando que as moléculas, para 
reagirem, têm de colidir umas com as outras. 
Contudo, nem todas a colisões resultam na formação de 
produtos; somente uma pequena parte delas vai resultar 
na ocorrência de reação, dependendo de 2 fatores. 
Quebra de ligações 
Energia Cinética Mínima 
Fator Orientação 
 
Colisão 
Desfavorável 
Cinética Química 
Teoria da Colisão 
Colisão 
Desfavorável 
O2 N2 
O-------N 
O N 
2 NO 
Reagentes 
Complexo 
Ativado 
Produtos 
Cinética Química 
Teoria da Colisão 
Para que a colisão seja efetiva é necessário ainda que 
os reagentes adquiram uma energia mínima 
denominada Energia de Ativação. 
Energia de Ativação é a quantidade mínima de energia 
necessária para que a colisão entre as partículas dos 
reagentes, feita numa orientação favorável, seja efetiva. 
Cinética Química 
Teoria da Colisão 
Complexo Ativado ou Estado de Transição: estado 
intermediário formado entre reagentes e produtos, em 
cuja estrutura existem ligações enfraquecidas e 
formação de novas ligações. 
O2 N2 
O-------N 
O N 
2 NO 
Reagentes 
Complexo 
Ativado 
Produtos 
Cinética Química 
I2 + H2 
HI + HI 
I2 H2 
TEORIA DAS COLISÕES 
Mecanismo de Reação 
Uma equação química global não nos dá grande informação sobre o 
modo como se processarealmente certa reação química. 
 
Em muitos casos, essa equação representa a soma de um conjunto de 
reações simples ditas ETAPAS ELEMENTARES. 
 
A sequência de ETAPAS ELEMENTARES que conduzem à formação do 
produto chama-se MECANISMO DE REAÇÃO. 
Mecanismo de Reação 
Equação: Considere a reação entre o nitrogênio e o oxigênio 
 
2 NO (g) + O2(g) 2NO2(g) 
A reação se processa por uma sequência de 
2 ETAPAS ELEMENTARES 
 
2 NO (g) N2O2(g) 
 
N2O2(g) + O2(g) 2NO2(g) 
 
 
2 NO (g) + O2(g) 2NO2(g) 
 
 
Espécies como N2O2 são ditas Intermediárias da Reação 
Intermediários de Reação 
Aparecem no mecanismo da reação (nas etapas elementares), 
mas não aparecem na equação química global balanceada. 
Molecularidade de uma Reação 
Nº de moléculas que sofrem reação em uma 
etapa elementar. Essas moléculas podem ser do 
mesmo tipo ou de tipos diferentes. 
Molecularidade de uma Reação 
REAÇÃO UNIMOLECULAR 
 
É uma etapa elementar em que participa 
 apenas uma molécula de reagente. 
REAÇÃO BIMOLECULAR 
 
É uma etapa elementar em que estão 
envolvidas duas moléculas. 
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação 
Superfície de Contato 
Cinética Química 
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação 
Superfície de Contato 
Cinética Química 
Um aumento de temperatura aumenta a velocidade 
das reações químicas, pois há um incremento na 
energia cinética das moléculas. 
Cinética Química 
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação 
Temperatura 
É uma substância que aumenta a velocidade da reação, 
diminuindo a energia de ativação para os reagentes 
atingirem o complexo ativado. 
No entanto eles não participam da formação do 
produto, sendo completamente regenerados no final. 
Cinética Química 
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação 
Presença de Catalisador 
Sem catalisador 
Com catalisador 
Cinética Química 
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação 
Presença de Catalisador 
Cinética Química 
Presença de Catalisador 
Catálise Homogênea 
O catalisador encontra-se na mesma fase dos reagentes e produtos 
 
Catálise Heterogênea 
O catalisador encontra-se em fase distinta dos reagentes. 
 
Quanto maior a concentração de partículas dos reagentes, 
maior será o número de colisões efetivas e 
consequentemente maior a velocidade da reação. 
Cinética Química 
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação 
Concentração dos Reagentes 
Cinética Química 
Pressão 
Lei da Ação das Massas 
Cinética Química 
Expressão que permite calcular a rapidez de uma 
reação para um dado valor de concentração bem 
como prever o comportamento cinético da reação. 
 
aA + bB → cC + dD 
Lei da Ação das Massas 
Guldberg & Waage (1833-1902) 
“A velocidade de uma reação é diretamente 
proporcional ao produto das concentrações dos 
reagentes, elevadas a expoentes determinados 
experimentalmente” 
Cinética Química 
Cinética Química 
Reação Elementar 
aA + bB cC + dD 
V = k [A]a [B]b 
Quando a reação química se desenvolve em uma única 
etapa, dizemos que a reação é elementar. 
Numa reação elementar, os expoentes a que devem ser 
elevadas as concentrações dos reagentes na expressão 
da velocidade são os próprios coeficientes dos 
reagentes na equação balanceada. 
Cinética Química 
Reação Não-Elementar 
A etapa lenta é a etapa determinante 
da velocidade da reação. 
Quando a reação se desenvolve em duas ou mais etapas 
distintas, a velocidade da reação depende apenas da 
velocidade da etapa lenta. 
Cinética Química 
Reação Não-Elementar 
A etapa lenta é a etapa determinante 
da velocidade da reação. 
2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O 
Etapa I 1 H2 + 2 NO => 1 N2O + 1 H2O (lenta) 
Etapa II 1 H2 + 1 N2O => 1 N2 + 1 H2O (rápida) 
Reação Global 2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O 
V = k [H2] [NO]
2 
Cinética Química 
Reação Não-Elementar 
2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O 
E
n
e
rg
ia
 d
e
 a
ti
v
a
ç
ã
o
 
Caminho da reação 
1 H2 + 2 NO => 1 N2O + 1 H2O 1 H2 + 1 N2O => 1 N2 + 1 H2O 
Etapa I Etapa II 
 
Referências 
 
BROWN, LEMAY, BURSTEN, Química: a ciência central. São Paulo: Pearson Prentice 
Hall, 2005 
 
CASTELLAN, G. W. Fundamentos de Físico-Química. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e 
Científicos. Editora S.A., 2007. 
 
MOORE W. J. Físico-Química. São Paulo: Edgar Blucher,1976. 
 
Colaboração Profa. DSc Lucília Alves Linhares.