Aula 3 Cinética Química Revisão de Conceitos

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Aula 3 
Resumo das taxas de vários tipos de reação (elementares) 
a) Reação de 1ª ordem irreversível 
 
 
 
b) Reação de 1ª ordem reversível 
 
 
 
c) Reação de 2ª ordem reversível 
 
 
 
d) Reações em série irreversível de 1ª ordem 
 
 
 
 
e) Reações em paralelo irreversível de 1ª ordem 
 
 
 
 
A constante de velocidade de reação: 
A constante de velocidade de reação não é de fato uma constante, ela apenas não depende da 
concentração das espécies. É fortemente dependente da temperatura. 
Segundo a equação de Arrhenius, temos que: 
 ( ) 
 
 ⁄ 
Onde A = fator pré-exponencial, 
E = energia de ativação, J/mol ou cal/mol 
R = constante universal dos gases = 8,314 J/mol.K = 1,987 cal/mol.K. 
T = temperatura absoluta, K. 
Aplicando ln 
 
 
 ⁄ 
 
 
 ⁄ 
 
 
 
(
 
 
) 
 
A energia de ativação pode ser determinada experimentalmente conduzindo a reação em 
diferentes temperaturas e plotando um gráfico de ln(kA) vs. (1/T). 
Conversão: 
 
 
 
 
 
 
 
Se o volume for constante: 
 
 
 
 
Grau de avanço (ou extensão de reação) 
 
Onde: 
ϕi é o coeficiente estequiométrico e Ai representam as espécies químicas 
Obs: ϕi (-) para reagentes e (+) para produtos. 
Exemplo: 
 
. ϕCH4 = -1 
. ϕH2O = -1 
. ϕCO = 1 
. ϕH2 = 3 
 
Superfície de Contato: Quanto maior a superfície de contato (mais fragmentado estiver o 
material), maior o número de moléculas reagindo, maior o número de colisões eficazes e portanto, 
aumenta a velocidade da reação. 
 
Exercício: Dada a equação a seguir de uma determinada reação química: 
 
 
 
Foram realizados quatro experimentos com quantidades diferentes de reagentes. Em cada um 
deles, foi medido o tempo que o Cl2 leva para ser formado. A tabela a seguir traz os dados desses 
experimentos: 
Experimento H2O2 [mol/L] Cl
- [mol/L] H3O
+ [mol/L] Tempo [s] 
I 0,8 0,8 0,8 70 
II 0,5 0,8 0,8 105 
III 0,8 0,8 0,5 70 
IV 0,8 0,5 0,8 120 
 
De acordo com os dados apresentados na tabela indique as espécies que afetam a velocidade de 
reação. 
Resposta: H2O2 e Cl
-. 
 
Exercício 2: Quando o ar de uma cidade está muito poluído, várias reações químicas podem 
ocorrer na atmosfera do local. Uma delas é a reação entre o dióxido de nitrogênio e o ozônio, que 
forma trióxido de nitrogênio e gás oxigênio, como na equação a seguir: 
 ( ) ( ) ( ) ( ) 
Utilizando os dados a seguir para a equação fornecida, determine a expressão da velocidade e o 
valor da constante da velocidade desse processo: 
 
 
a) v = k · [NO2] e 2,2. 10
7 
b) v = k · [O3] e 4,4. 10
7 
c) v = k · [NO2] [O3] e 1,5. 10
7 
d) v = k · [NO2] [O3] e 2,0. 10
7 
e) v = k · [NO2] + [O3] e 2,2. 10
7 
 
Resposta: 
Letra c). Para determinar a constante de velocidade, é necessário formular a expressão da 
velocidade. Para isso, temos que descobrir a ordem de cada um dos participantes reagentes da 
equação. 
v = K.[NO2]
a.[O3]
b 
Ordem do participante NO2: 
Vamos escolher a segunda e a terceira filas horizontais da tabela porque nelas a concentração de 
O3 não sofre alteração e a de NO2, sim. Da segunda para terceira, a concentração de NO2 passa de 
15.10-5 para 7,5.10-5, isto é, reduziu pela metade. Já a velocidade passa de 13,2.10-2 para 6,6.10-6, 
também reduzindo pela metade. Assim: 
[NO2] = 15.10
-5 para 7,5.10-5 v = 13,2.10-2 para 6,6.10-6 
[NO2] = 1/2 v = 1/2 
Como a redução da concentração e a da velocidade foram as mesmas, a ordem para o participante 
NO2 é 1. 
 
Ordem do participante O3 
Para a ordem do O3, vamos escolher a primeira e segunda filas horizontais da tabela, já que nelas 
a concentração de NO2 não sofreu alteração e a de O3, sim. Da primeira para a segunda, a 
concentração de O3 passou de 3.10
-5 para 6.10-5, ou seja, dobrou. Já a velocidade passou de 
6,6.10-2 para 13,2.10-2, também dobrou. Assim: 
[O3] = 3.10
-5 para 6.10-5 v = 6,6.10-6 para 13,2.10-2 
[O3] = 2 v = 2 
Como o aumento da concentração e o da velocidade foram os mesmos, a ordem para o 
participante O2 é 1. 
Conhecendo as ordens, a equação da velocidade será: 
v = K.[NO2]
1.[O3]
1 
Para calcular a constante da velocidade, basta utilizar os dados de qualquer uma das três linhas 
horizontais. Vamos utilizar a primeira: 
6,6.10-2 = K.[15.10-5].[3.10-5] 
6,6.10-2 = K.4510-10 
6,6.10-2 = K. 4510-10 
K = 6,6.10-2 
 45.10-10 
K = 1,5 .107 mol-.L.h-1 
 
TABELA ESTEQUIOMÉTRICA: 
Vimos que: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sistema de Batelada: 
 ( ) 
Para determinarmos o número restante de mols de A, B, C e D, construímos uma tabela 
estequiométrica. 
Para calcular o número restante de mols da espécie B no tempo t, lembramos que o número de 
mols de A que reagiu é NAOX. Para cada mol de A que reage, b/a mols de B reagem, logo: 
 
 
 
 
 
 
( ) 
Espécie Inicialmente 
(mol) 
Variação (mol) Restante (mol) 
A ( ) 
B 
 
 
( ) 
 
 
 
C 
 
 
( ) 
 
 
 
D 
 
( ) 
 
 
 
Inertes - 
Totais - (
 
 
 
 
 
 
 
 
 ) 
 
Como o termo de (
 
 
 
 
 
 
 
 
 ) aparecerá frequentemente nos nossos estudos, definimos que: 
 (
 
 
 
 
 
 
 
 
 ) (delta) 
Logo, 
 
 
Equações das concentrações em sistemas em batelada 
A concentração de A é dada por: 
 
 
 
 
Substituindo a expressão da Tabela de NA: 
 
 ( )
 
 
De forma análoga: 
 
 
 
 
 (
 
 
) 
 
 
 *
 
 
⁄ (
 
 
) +
 
 
 
 
 
 
 (
 
 
) 
 
 
 *
 
 
⁄ (
 
 
) +
 
 
 
 
 
 
 (
 
 
) 
 
 
 *
 
 
⁄ (
 
 
) +
 
 
Para simplificar estas expressões, definimos o parâmetro θi (teta), onde: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Logo, 
 
 ( )
 
 
 
 * (
 
 
) +
 
 
 
 * (
 
 
) +
 
 
 
 * (
 
 
) +
 
 
Sendo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Em alguns casos, o volume é constante (V = V0). 
 - Sistemas em batelada em fase gasosa sendo o reator um vaso selado. 
- Sistemas em batelada em fase gasosa, a temperatura constante e o número de mols de 
produtos igual ao número de mols de reagentes. 
 
- Reações em fase líquida 
Nestes casos: 
 
 ( )
 
 ( ) 
 
 * (
 
 
) +
 
 ( 
 
 
 ) 
 
 * (
 
 
) +
 
 ( 
 
 
 ) 
 
 * (
 
 
) +
 
 ( 
 
 
 ) 
 
Vimos que: 
 
 
 
 
Logo, podemos escrever a expressão da lei de velocidade em função da conversão e da 
concentração inicial do componente A. 
 
 ( )( 
 
 
 ) 
 
Sistemas com escoamento contínuo: 
A forma da tabela estequiométrica de um sistema contínuo é idêntica à do sistema batelada, 
exceto que substituímos Nj0 por Fjo e NJ por Fj. 
Espécie Inicialmente 
(mol) 
Variação (mol) Restante (mol) 
A ( ) 
B[ (
 
 
) ] 
C 
 
 
 * (
 
 
) + 
D 
 
 [ (
 
 
) ] 
Inertes - 
Totais - (
 
 
 
 
 
 
 
 
 ) 
 
 
Onde 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Equações das concentrações em sistemas contínuos 
 
Para um sistema com escoamento, a concentração CA pode ser determinada a partir de FA e da 
vazão volumétrica v naquele ponto (importante) 
 
 
 
 
 
 ⁄
 
 ⁄
 
 
 
 
Podemos agora escrever as concentrações de A, B, C e D. 
 
 
 
 
 
 
( ) 
 
 
 
 
 * (
 
 
) +
 
 
 
 
 
 
 * (
 
 
) +
 
 
 
 
 
 
 * (
 
 
) +
 
 
Se a reação ocorre em FASE LÍQUIDA ou em fase gasosa sem alteração do número de mols: 
 
Logo, 
 
 
 
( ) ( ) 
 
 * (
 
 
) +
 
 [ (
 
 
) ] 
 
 * (
 
 
) +
 
 * (
 
 
) + 
 
 * (
 
 
) +
 
 [ (
 
 
) ] 
 
Não veremos o caso da tabela estequiométrica de reações gasosas com alteração do número de 
mols.