Cinética quimica- Resumo

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1.CINÉTICA QUIMICIA 
Preocupada com as velocidades das reações químicas ou com o grau de velocidades, a 
cinética química tem grande importância nas nossas vidas, ela está ligada por exemplo de 
“como é determinado a rapidez da decomposição dos alimentos?” “O que determina a 
velocidade na qual o aço enferruja?” entre outras. 
1.1 fatores que afetam as velocidades de reação 
além da natureza dos reagentes, existe ainda quatro fatores de grande influencia nas 
velocidades das reações, seriam eles: o estado físico dos reagentes; a concentração dos 
reagentes; a temperatura da reação e por ultimo catalisadores. 
1.1.1 O estado físico dos reagentes: para que haja uma reação é necessário que os 
reagentes entrem em contato, mais especificamente suas moléculas precisam se 
chocar, quanto mais rápido se chocarem mais rápido ocorrerá a reação. Visto isso, o 
estado físico faz grande diferença quando o assunto é velocidade da reação, estados 
físicos diferentes sofrem uma limitação na aréa de contato. Podemos ver isso no 
estado solído, quanto maior a área superficial mais rápida ocorrerá a reação. Misturas 
de líquidos e gases ocorrem mais rapidamente já que se misturam mais facilmente. 
1.1.2 A concentração dos reagentes: Quanto maior a concentração de um dos reagentes 
mais rápida ocorrerá a reação entre eles. 
1.1.3 A temperatura da reação: A agitação das moléculas está ligada com a temperatura, 
quanto mais energia em forma de calor for fornecida mais rápido as moléculas irão se 
agitar e consequentemente mais rápido as reações ocorrerão, por conta disso 
refrigeramos os alimentos em geladeiras. 
1.1.4 Catalisadores: os catalisadores influenciam os mecanismos que levam a reação, 
exemplo de catalisador são as enzimas as quais aumenta as velocidades de reações 
bioquímicas. 
A frequência na qual as moléculas se colidem determina as velocidades das reações, 
entretanto para que está reação venha a ocorrer é necessário que uma energia possibilite 
quebrar as ligações existente e tornar possível novas ligações. 
1.2 velocidade das reações 
A velocidade de uma reação nada mais é que a variação de sua concentração por um 
determinado intervalo de tempo, está variação tem como unidade (Mol/L/s), ou seja, a 
quantidade de matéria (Mol/L) por um determinado tempo (s). 
Esta taxa de variação pode ser dividida ainda em taxa de aparecimento e taxa de 
desaparecimento, exemplo: existe 1mol de um reagente A em um recipiente com 1L de 
agua, logo sua concentração é de 1mol/l, passado 40s a concentração de A decai para 
0,45mol/l e o produto B sai de 0mol/l e passa ater uma concentração de 0,55mol/l. A 
velocidade da reação de aparecimento de B e desaparecimento de A pode ser determinada 
através da seguinte equação ( fazer contas ) 
 
 
Acabamos de calcular a velocidade média da reação por um determinado tempo, é 
importante lembrar que com o passar do tempo o consumo de do reagente A para formar o 
produto B vai decaindo, por conta disso a velocidade média em um determinado tempo, no 
caso, no fim da reação será diferente do que a velocidade média no inicio da reação. Além 
disso ainda podemos calcular a velocidade instantânea num determinado ponto, para se 
calcular devemos desenhar uma reta tangente no determinado ponto em que queremos 
descobrir e calcular o coeficiente angular desta reta. ( CONTAS) 
1.3 Velocidades de reações e estequiometria: 
Quando em uma reação os coeficiente estequiométricos estão 11, ou seja, a cada 1 mol 
de A produz 1mol de B, sabemos que a taxa de aparecimento de B sera igual a taxa de 
desaparecimento a A. Entretanto quando não for está a relação entre A e B, e for por 
exemplo 31 sabemos que a taxa de aparecimento de B será 1/3 da taxa de 
desaparecimento de A, ou seja, O reagente A desaparecerá 3 vezes mais rápido que o 
aparecimento do produto B. 
1.4 concentração e velocidade 
A lei da velocidade trata da relação entre a concentração dos reagentes e a velocidade da 
reação. Essa lei é expressa pela seguinte equação : 
Velocidade da reação = K [reagente]^m. [reagente2]^n 
Vale lembrar que m e n não são os coeficientes estequiométricos, e sim valores 
encontrados experimentalmente. 
Através dessa formula observa-se que K(constante de velocidade) é proporcional as 
concentrações do reagentes, ou seja, se variarmos as concentrações iremos variar a 
velocidade. O valor de K varia através da temperatura e assim vemos como a temperatura 
influência na velocidade. 
Expoentes na lei de velocidade na equação da velocidade Velocidade da reação = K 
[reagente]^m. [reagente2]^n, m e n são chamados de ordem de reação, se m e n forem 1 
então significa que a velocidade é de primeira ordem. Entretanto a ordem geral, que 
corresponde a somas das ordens de cada reagente, é 2 e por isso a reação é de segunda 
ordem como um todo, como a velocidade e as concentrações são diretamente 
proporcionais se dobrarmos a concentração de um reagente a velocidade irá dobrar 
também, se um reagente possui um expoente 2, ou seja, é de segunda ordem, ao dobrar a 
concertação iremos quadruplicar a velocidade ([2ª]= 4). 
Unidade de constantes de velocidades a unidade da constante de velocidade irá depender 
da ordem de lei da reação como um todo, ou seja, se a reação for de primeira ordem as 
unidades devem satisfazer essa equação. 
Uso das velocidades iniciais para determinar as leis de velocidade : a lei de velocidade 
para qualquer reação é determinada experimentalmente, já não há como determinar 
apenas observando. Para determinar a lei da velocidade observa-se a variação na 
concentração inicial dos reagentes na velocidade inicial da reação. Na maioria os 
expoentes da lei de velocidade são 0,1 e 2. Se tiver o expoente 0(ordem zero) a variação 
na concenyração não afetara a velocidade, pois qualquer numero elevado a 0 é 1; se tiver 
expoente 1 ( primeira ordem) haverá uma variação na velocidade se variar a concentração, 
ou seja, se a concentração dobrar a velocidade também irá dobrar e assim por diante; se 
tiver expoente 2(segunda ordem) quando aumentar a concentração a velocidade será a 
seguinte 2^2 = 4, 3^2= 9... 
É importante lembrar que a velocidade da reação depende das concentrações, já a 
constante de velocidade depende da temperatura e presença de catalisadores. 
Variação da concentração com o tempo 
Reações de primeira ordem: 
Sendo r produtos, ou seja, uma reação de primeira ordem onde a velocidade depende da 
concentração de R elevado a primeira potencia, 
Velocidade = - delta[R]/ delta t = k[R], 
Ao integrar tal equação chegamos a equação de velocidade integrada 
(EQUAÇÂO) 
Rearranjando-a chegamos a seguinte equação 
(EQUAÇÃO) 
A razão entre a quantidade de R em um determinado instante a quantidade de R no 
instante de inicio das medidas corresponde a quantidade de reagente que permanece, 
esse valor sempre será menor que 1, porque a quantidade de reagente consumido sempre 
será menor que a inicial. Observe o sinal negativo, já que o numero encontra é menor que 
1 o ln será negativo por conta disso do outro lado da igualdade também deve ser negativa. 
Está equação é importante por três motivos : 
1 determina a concentração de um reagente que sobra logo após o inicio da reação 
2 determina o tempo necessário para determina amostra reagir 
3 determina o tempo necessário para uma concentração de reagente cair em certo nível . 
podemos observar ainda que a equação rearranjada tem forma semelhante a equação da 
reta ( MOTRAR SEMELHANÇA) . 
 
Um gráfico de primeira ordem sempre produzirá uma linha reta. 
Reaçoes de segunda ordem: 
Reações de segunda ordem são reações cuja velocidades dependem da concentração do 
reagente elevado asegunda potencia ou da concentração de dois reagentes diferentes, 
cada um elevado a primeira potencia: 
A A + B 
Velocidade (Equação brown 496) 
Derivando está equação chegamos em: EQUAÇÂO DERIVADA 
Está equação tem é parecida com a da equação da reta. Um gráfico de /[R] x t terá uma 
linha reta onde a inclinação será será igual ao valor de k e a intersecção dey será igual a 
1/[R]. Para se diferenciar se uma reação é de primeira ou segunda ordem, basta desenhar 
um gráfico de ln[A]ne um de 1/[A] versus t; no primeiro gráfico se a linha for linear a reação 
será de primeira ordem , já se o segundo for línear a reação é de segunda ordem. 
Reações de ordem zero: 
Para encontrar a fórmula deste tipo de reação devemos integrar a formula da velocidade 
(desenhar gráficos). 
Meia vida 
A meia vidat1/2, de uma reação é o tempo que ela leva para chegar na metade de sua 
concentração inicial, ou seja, ela mostra a velocidade com que é consumido os reagentes 
em uma reação. podemos observar ainda que quanto maior a meia vida mais lentamente é 
consumido o reagente. 
(equação kotz 632) 
Ao relacionar a formula da primeira ordem com a da meia vida temos: 
(equações) 
Com isso vemos t1/2 independe da concentração. 
Temperatura e velocidade : 
Quanto maior a temperatura mais rápido ocorre a reação em geral, para provarmos isto 
basta observar ao nosso redor: as plantas crescem mais rápido no verão ou também 
quando refrigeramos os alimentos para os mesmo não entrarem em decomposição. 
Modelo de colisão: para uma reação ocorrer, depende das colisões entre as moléculas, 
quanto mais frequentes forem essas colisões mais rápido ocorrerá a reação, esse é o 
modelo de colisão. Quando aumentamos as concentrações aumentamos as colisões, o 
mesmo ocorre com o aumento da temperatura(teoria cinética dos gases), quanto maior for 
a temperatura mais colisões terá e assim a velocidade da reação aumentara. Entretanto 
uma reação não ocorre apartir somente de colisões, então o que mais influencia para que 
uma reação ocorra? 
Fator orientação : para uma reação ocorrer pe necessário que as colisões ocorram entre os 
elementos corretos. Veja a reação a seguir 
 
AB + C AC + B 
Os elementos A e C devem se chocar para originar o produto AC, entretanto, muitas 
colisões ocorrem entre B e C, do qual não resulta nenhuma reação. 
Energia de ativação : 
Energia de ativação nada mais é que um valor mínimo de energia necessário para que 
uma reação ocorra, essa energia seria a energia cinética, entretanto se as moléculas se 
moverem muito lentamente essa energia mínima não é alcançada e não ocorre nenhuma 
reação. Essa energia de ativação não possui um valor fixo mais varia de reação para 
reação. Para ultrapassar essa barreira para a energia de ativação as moléculas em 
questão devem colidir com outras moléculas. Vale lembrar que em temperaturas mais 
elevadas a energia cinética é bem maior. 
A expressão a seguir relaciona as moléculas com maior ou igual energia Ea 
Expreesão pag 503 brown 
R constante dos gases 
T temperatura absoluta 
Equação de Arrhenius : Arrhenius montou sua equação observando que a relação entre 
velocidade e temperatura, na maioria das reações é não linear. Com isso ele determinou 
que há três fatores de suma importância para as velocidades de reação 
A) a fração de moléculas que possuem energia igual ou maior que Ea 
B) numero de colisões por segundo 
C) numero de colisões com orientação correta 
(EQUAÇÂO) 
K = 
Ea= 
R= 
T= 
A= fstor frequência , ele relaciona o frequência da colisões e a propabilibade das 
colisões com orientação correta. 
IMPORTANTE: as velocidades das reações diminuem quanto maior for a Ea. 
Determinando a energia de ativação: 
há dois modos para se determinar a energia de ativação, uma graficamente e uma não 
graficamente. 
Graficamente: se aplicar logaritmo natural na equação de Arrhenius teremos uma formula 
aprecida com a da equação da reta (...), se expressarmos um gráfico de ln K x 1/T a reta 
terá como inclinação – Ea/R e sua intersecção em Y sera ln A, com isso determinamos a 
energia de ativação ao medir K em diversas temperaturas e por fim calculando Ea através 
da inclinação da reta. 
Não graficamente : para resolver deste modo precisamos saber a constante velocidade da 
reação em duas temperaturas diferentes, e então podemos utilizar a seguinte equação 
(COPIAR LIVRO BROWN 504) 
Mecanismos de reação: 
Mecanismos de reação é o processo pelo qual a reação passa para acontecer, quais as 
ligações são quebradas e formadas, tudo em ordem e as posições relativas doas átomos 
durante a reação. 
Etapas elementares: 
É quando ocorre apenas um evento molecular, seja ele a formação ou ruptura de ligações 
químicas, deslocamento de átomos após uma colisão molecular...Cada etapa molecular 
possui sua própria Ea, sendo que a soma de todas e constante de velocidade, que são 
diferentes da reação global . 
As etapas moleculares são definidas apartir do numero de moléculas de se chocam e se 
juntam, os reagentes em uma etapa elementar são chamados de molecularidade . 
UNimolecular: há a penas uma molécula envolvida O3(g) O2(g) + O(g) 
Bimolecular: envolve duas moléculas, iguais ou não : O3(g) + O(g)  2O2(g) 
Termolecular: envolve três moléculas, entretanto este tipo de etapa é muito difícil de 
ocorrer, 4 ou mais moléculas são mais difíceis ainda. 
Mecanismos de varias etapas: 
 
O3(g) O2(g) + O(g) 
O3(g) + O(g)  2O2(g) 
2 O3(g)  3 O2 (g) 
A decomposição do ozônio na estratosfera é um mecanismo em duas etapas, no qual 
trabalhou duas etapas elementares para chegar na reação global. Note que o O(g) não faz 
mais parte da reação global, ele é denominado de intermediário, pode haver um ou mais 
intermediários nas etapas elementares para que seja possível chegar na reação global. 
Leis de velocidade para etapas elementares: 
Como já comentado as leis de velocidade para as reaçãoes são determinadas 
experimentalmente, isto porque uma reação é feita de varias outras reações, ou etapas 
elementares, e as leis de velocidades e velocidades relativas são referentes a reação como 
um todo. 
Se soubermos das etapas elementares que formam a reação global podemos descobrir a 
lei da velocidade, as leis são baseadas em suas molecularidades, por exemplo: 
A Produto ; está reação será de primeira ordem já que é unimolecular, ou seja o aumento 
de A aumenta a decomposição do mesmo em determinado tempo. 
Assim etapas elementares bimoleculares são de segunda ordem, essas etapas tem a 
mesma definição que as velocidades de segunda ordem: Se aumentarmos as 
concentrações aumentara proporcionalmente o numero de colisões 
A + B  produtos 
NO todo a reação será se segunda ordem, já que a primeira e segunda reação são de 
primeira ordem. 
A tabela a seguir relaciona as velocidades de reações para cada etapa elementar 
existente: 
(TABELA) 
Leis de velocidade para mecanismos de varias etapas: 
A maioria das reações químicas ocorrerm através das etepas elementares, cada qual com 
sua prorpia Ea e constante de velocidade . Uma dessas etapas geralmente possui uma 
velocidade bem inferior as outras e por isso é denominada de etapa determinante da 
velocidade ou etapa limitante da velocidade. Essa etapa determinante da velocidade vai 
determinar a velocidade total da reação, independte se ela acontecer primeiro que as 
rápidos ou por ultimo; no caso das rápidas ocorrerem primeiro os reagentes apenas serão 
acumulados para serem utilizados na etapa mais lenta. “a etapa determinante da 
velocidade governa a lei de velocidade para a reação como um todo.” 
Mecanismos com uma etapa inicial rápida:Suponha: 
A + B AB (Rapida) 
AB + A  2AB (lenta) 
Como a etapa que determina a velocidade da reação é a lenta temos: 
Velocidade= K[AB].[A] 
Entretanto observe que AB é um intermediário originado na primeira etapa: etapa rápida. 
Com isso a nossa velocidade da reação total depende da concentração de um 
intermediário, entretanto há como descobrir sua concentração: como a reação na etapa um 
se trata de uma reação em equilíbrio sabemos que a velocidade de formação e 
decomposição são iguais, com isso podemos igualar as velocidade da reação direta e 
inversa. Resolvendo isto e aplicando a lei de velocidades na etapa lenta teremos: 
(equações) 
Com isso vimos que quando uma etapa rápida vem antes de uma lenta, podemos descobrir 
a concentração do intermediário supondo que a etapa rápida seja uma reação em 
equilíbrio. 
Catálise: 
Catalisadores são substancias que exercem interferência nas velocidades de reações, 
entretanto os mesmo não sofrem alterações, essas substancias são bem comuns em 
nosso dia a dia. 
Exemplo: 
Podemos formar gás oxigênio a partir do aquecimento de potássio, entretanto para que 
essa reação ocorra mesmo com temperaturas altas é necessário um catalisador, porque se 
não a reação demoraria muito. 
(REAÇÔES 512) 
Catalise homogênea: Catalisador homogêneo é uma substancia na mesma fase que os 
reagentes, esse catalisador pode afetar o valor de Ea ou de R, segundo a equação de 
arrhenius. Mas em geral os catalisadores diminuem a energia de ativação de certa reação 
quimicia, para que ocorra esta diminuição os catalisadores fornecem um mecanismo 
diferentes. 
Catalise heterogênea: O catalisador heterogêneo é uma substancia que não esta na 
mesma fase que os reagentes e acelera a reação. Esses catalisadores são compostos de 
metais ou óxidos metálicos, como na maioria esses catalisadores são sólidos eles são 
preparados para ter grandes áreas de superfície. O inicio da catalise se chama adsorção 
que nada mais é que as ligações das moléculas a superfície, isso ocorre já que esses 
metais são extremamente reativos e com uma grande necessidade de valência não 
preenchida. 
Entretanto esses catalisadores podem ser contaminados por outras substancia, diminuindo 
assim os sítios ativos que são moléculas que ainda não estão reagindo com outras 
substancias. 
Enzimas : 
As enzimas são catalisadores biológicos que atuam em nosso organismo acelerando 
reações e permitindo que vivamos. Muito dessas enzimas são proteínas com massas 
moleculares que variam de 10mil e aproximadamente 1 milhão u. Elas desempenham 
papeis específicos e muitas somente um. Apesar de serem grandes as enzimas são 
catalisadas em regiões especificas, denominadas sítios ativos , as substancias que sofrem 
reação neste sitio são denominadas de substratos.