Aula 8

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CINÉTICA QUÍMICA
Cinética Química
Parte da Química que estuda a velocidade das reações e os fatores que a influenciam.
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
A
B
t
[ ]
Cinética Química
Velocidade Média (Vm) de uma Reação em Função das Substâncias
É a razão entre a quantidade consumida ou produzida da substância e o intervalo de tempo (∆t) em que isso ocorreu.
Cinética Química
Velocidade Média (Vm) de uma Reação em Função das Substâncias
Cinética Química
Como calcular a velocidade de uma reação quando a proporção entre o número de mols é diferente?
2 HI(g) H2(g) + I2(g)
A velocidade da variação de concentração do HI é duas vezes maior que a velocidade da variação de concentração do H2
Velocidade Média (Vm) de uma Reação
Cinética Química
C2H2 + 2 H2 => C2H6
Tempo (min)
Quantidade de etano formada
0
0
4
12
6
15
10
20
Cinética Química
C2H2 + 2 H2 => C2H6
Cinética Química
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
Teoria da Colisão
Colisão Desfavorável
Colisão Desfavorável
As reações químicas acorrem mediante choques entre os átomos, moléculas ou íons que constituem os reagentes, provocando a quebra de certas ligações e uma redistribuição de átomos, elétrons e ligações, o que resulta na formação de novas espécies químicas.
Cinética Química
Teoria da Colisão
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.
Energia de ativação
Tal como uma bola não consegue alcançar o topo de uma colina se não rolar com energia suficiente até à colina, uma reação não ocorre se as moléculas não possuírem energia suficiente para ultrapassar a barreira de energia de ativação. 
A energia de ativação, Ea, é a energia mínima necessária para iniciar uma reação química.
Química Geral - Cinética
null
Química Geral - Cinética
Energia de ativação
null
Cinética Química
Quanto menor for a energia de ativação exigida, maior a velocidade da reação.
Complexo Ativado: 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
eficaz
Não eficaz
I2 + H2
HI + HI
I2 H2
Teoria da Colisão
Teoria da Colisão:
Colisão Eficaz
Colisão ineficaz
Ao colidirem, em orientação apropriada, as moléculas formam uma espécie química intermediária chamada de 
COMPLEXO ATIVADO
Cinética Química
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação
 Temperatura
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
 Concentração 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
 Presença de Catalisador
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
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação
Catálise homogênea: o catalisador encontra-se na mesma fase dos reagentes e produtos. 
Catálise heterogênea: o catalisador encontra-se numa fase diferente dos reagentes e produtos.
 Catalisadores
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação
Catálise homogênea
Reação de decomposição do H2O2 na presença de íons Br-: 
Reagentes e catalisador se encontram em solução aquosa
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação
Catálise heterogênea
Produção do NH3 pelo processo Haber
N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)
Fe/Al2O3/K2O
catalisador
As substâncias que vão catalisar a reação estão no estado sólido e os reagentes estão no estado gasoso.
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação
Catálise heterogênea
Catalisador automotivo
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação
CaCO3(s) + HCl (aq) → CaCl2 (aq) + H2O(l) + CO2(g)
 Superfície de Contato
Quanto maior a superfície de contato entre os reagente, maior a velocidade da reação.
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação
 Superfície de Contato
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação
 Superfície de Contato
EXERCÍCIOS
1) A velocidade de uma reação química depende:
I.	Da concentração dos reagentes.
II.	Da temperatura envolvida na reação.
III.	Do estado físico das moléculas.
Estão corretas as alternativas:
a)	I, II e III
b)	somente I 
c)	somente II
d)	somente I e II
e)	somente I e III
2) Das proposições abaixo, relacionadas com cinética química, a única falsa é:
a)	A velocidade de uma reação pode ser medida pelo consumo dos reagentes na unidade de tempo.
b)	A colisão entre as partículas químicas é necessária para que haja reação.
c)	Temperatura e catalisador são fatores que influenciam na velocidade de reação.
d)	A concentração dos reagentes afeta a velocidade de reação.
e)	O estado físico dos reagentes não exerce influência na velocidade de reação.
3) Observe a tabela referente à decomposição da amônia produzindo hidrogênio e nitrogênio:
		Determine a velocidade média da reação, em função da amônia, no intervalo de tempo de 0 a 1h.
4) A reação de decomposição da amônia gasosa foi realizada em um recipiente fechado:
2 NH3  1N2 + 3 H2
	A tabela abaixo indica a variação na concentração de reagente em função do tempo.
		
Qual é a velocidade média de consumo do reagente na primeira hora de reação?
a)	4,0 mol L-1h-1
b)	2,0 mol L-1h-1 
c)	10 km h-1
d)	1,0 mol L-1h-1
e)	2,3 mol h-1
5) Na decomposição térmica da amônia expressa pela equação:
2 NH3 (g)  N2 (g) + 3 H2 (g)
	Duplicando-se a concentração molar de NH3, a velocidade da reação ficará:
a)	inalterada.
b)	duas vezes maior.
c)	três vezes maior.
d)	quatro vezes maior.
e)	seis vezes maior.
Química Geral - Cinética
A velocidade instantânea de uma reação é obtida através de uma expressão matemática conhecida como LEI DA AÇÃO DAS MASSAS ou LEI CINÉTICA, proposta por Gulberg e Waage, em 1876.
VELOCIDADE INSTANTÂNEA DE REAÇÃO
null
Cinética Química
Lei da Ação das Massas
“A cada temperatura, a velocidade de uma reação é diretamente proporcional ao produto das concentrações dos reagentes, elevadas a expoentes determinados experimentalmente”
aA + bB => cC + dD
V = k [A] [B]β
K é uma constante da velocidade a uma dada temperatura
 e β são expoentes determinados experimentalmente
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
1 H3O+ + 1 OH- =>2 H2O
V = k [H3O+] [OH-]
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
Cinética Química
Reação Não-Elementar
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
A velocidade da reação global será determinada pela velocidade da etapa I
V = k [H2] [NO]2
Cinética Química
Reação Não-Elementar
2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O
Energia de ativação
Caminho da reação
1 H2 + 2 NO => 1 N2O + 1 H2O
1 H2 + 1 N2O => 1 N2 + 1 H2O
Etapa I
Etapa II
A velocidade de uma reação é definida como a variação da concentração de produtos ou de reagentes que ocorrem por unidade de tempo.
Determina-se medindo a diminuição da concentração dos reagentes ou o aumento da concentração dos produtos. 
Para a reação: 
 A  B
Química Geral - Cinética
VELOCIDADE OU TAXA DE REAÇÃO
null
A  B
Química Geral - Cinética
VELOCIDADE OU TAXA DE REAÇÃO
null
A diminuição da concentração de bromo à medida que o tempo passa manifesta-se por uma perda de cor da solução 
Consideremos a reação:
Br2(aq) + HCOOH (aq) → 2Br-(aq) + 2H+(aq) + CO2 (g)
Química Geral - Cinética
VELOCIDADE MÉDIA DE REAÇÃO
null
Para t = 0 (início da reação) há 1,00 mol de A, e B não está presente. Para t = 20 min, existem 0,54 mol A e 0,46 mol B
Para t = 40 min, existem 0,20 mol A e 0,80 mol B
A velocidade média da reação depois de 40 min será
A velocidade média diminui com o tempo
Supondo que:
Química Geral - Cinética
VELOCIDADE MÉDIA DE REAÇÃO
null
Química Geral - Cinética
Para uma reação genérica homogênea:
aA(g) + bB(g)  xX(g) + yY(g)
a velocidade instantânea é calculada pela expressão
V = k [A]m [B]n
Onde:
k = constante de velocidade (determinada experimentalmente)
[A] e [B] = concentrações molares dos reagentes
m e n = ordens da reação (expoentes determinados em experimentos).
VELOCIDADE INSTANTÂNEA DE REAÇÃO
null
Química Geral - Cinética
  Nas reações elementares as ordens são iguais aos próprios coeficientes:
m = a e n = b
 Nas reações complexas as ordens são iguais aos coeficientes da etapa mais lenta da reação, conhecida através do mecanismo da mesma.
VELOCIDADE DE REAÇÃO
null
Química Geral - Cinética
Reação elementar
H2 + I2  2 HI
Lei de velocidade (instantânea)
V = k [H2]1 [I2]1
VELOCIDADE INSTANTÂNEA DE REAÇÃO
null
Química Geral - Cinética
Reação complexa
2 NO + O2  2 NO2
Mecanismo:
2 NO  N2O2 (etapa lenta)
N2O2 + O2  2 NO2 (etapa rápida)
2 NO + O2  2 NO2 (reação global)
Lei de velocidade (instantânea)
V = k [NO]2
VELOCIDADE INSTANTÂNEA DE REAÇÃO
null
Chama-se ordem de uma reação (ordem global) à soma dos valores dos expoentes a que as concentrações de reagentes se encontram elevadas na equação cinética da reação.
Uma reação pode ser de ordem zero, 1 (1.ª ordem), 2 (2.ª ordem), etc.
Química Geral - Cinética
V = k [A]m [B]n
m + n = ordem global
ORDEM DE REAÇÃO
null
ordem zero, em relação a um reagente, quando a alteração da concentração desse reagente não causa alteração à sua velocidade.
 
primeira ordem, em relação a um reagente, quando duplicar a concentração, duplica a velocidade da reação também. 
ordem n, em relação a um reagente, quando duplicar a concentração aumenta de 2n a velocidade da reação.
Uma reação é de:
Química Geral - Cinética
ORDEM DE REAÇÃO
null