Cinetica Quimica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO – UFRJ
INSTITUTO DE QUÍMICA – IQG120
Departamento de Química Geral e Inorgânica - DQI
Cinética Química
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Definição e Objetivo
Estudar a velocidade das reações químicas e compreendê-las a nível molecular!
Cinética Química
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Velocidade de Reação
FONTE: Chang, R. Química Geral, Trad. Rebelo, M.J.F., et.all., 4ed. São Paulo: McGrawn-Hill, 2006. 778p.
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Velocidade de Reação
Escreva as expressões da velocidade, em função dos reagentes e produtos, das reações abaixo:
I(aq) + OCl (aq)  Cl (aq) + OI (aq) 
3O2(g)  2O3(g)
4NH3(g) + 5O2(g)  4NO(g) + 6H2O(g)
Determine as velocidades de formação do N2O5 e de consumo do NO2, supondo que em um dado instante a velocidade do O2, na reação abaixo, é igual a 0,024 M/s.
4NO2(g) + O2(g)  2N2O5(g)
(Resposta: 0,048 M/s; 0,096 M/s)
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Determinação Experimental - Espectrofotométrica
Velocidade de Reação
FONTE: Chang, R. Química Geral, Trad. Rebelo, M.J.F., et.all., 4ed. São Paulo: McGrawn-Hill, 2006. 778p.
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Determinação Experimental - Manométrica
Velocidade de Reação
FONTE: Chang, R. Química Geral, Trad. Rebelo, M.J.F., et.all., 4ed. São Paulo: McGrawn-Hill, 2006. 778p.
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Determinação Experimental – Método Gráfico
Velocidade de Reação
Velocidade Instantânea = velocidade em um determinado intstante!
FONTE: Chang, R. Química Geral, Trad. Rebelo, M.J.F., et.all., 4ed. São Paulo: McGrawn-Hill, 2006. 778p.
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C4H9Cl(aq) + H2O(l)  C4H9OH(aq) + HCl(aq)
Velocidade de Reação
Determinação Experimental – Método Gráfico
FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química – Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 972p.
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Constante de Velocidade (k)
Velocidade de Reação
Velocidade  [Br2]
Velocidade = k[Br2]
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Equação da Velocidade
A lei da velocidade determina como a concentração dos reagentes influencia na velocidade da reação!
Lei da Velocidade de Reação
V = k [A]x[B]y
A reação é de ordem x em função do reagente A!
A reação é de ordem y em função do regente B!
A reação apresenta ordem global (x + y)!
 A ordem de uma reação não está relacionada com os seus coeficientes estequiométricos!
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Lei da Velocidade de Reação
Determine a lei de velocidade e a constante de velocidade para a reação abaixo:
(Resposta: 0,08 M1.s1)
V = k [A]x[B]y
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Efeito da Concentração
Ordem de reação
A ordem da reação determina como a concentração dos reagentes influencia na Lei da Velocidade!
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Ordem da Reação
Primeira Ordem:
A velocidade depende da concentração do reagente elevada à potência unitária!
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Reação de Primeira Ordem – Determinação gráfica
Ordem de Reação
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Ordem de Reação
A conversão do ciclopropano em propeno é uma reação de 1ª ordem, onde k = 6,7x10-4s-1 a 5000C. Determine: (a) a concentração de ciclopropano após 8,8 minutos, sabendo que a concentração inicial é de 0,25 M. (b) o tempo necessário para que a concentração de ciclopropano diminua de 0,25 M para 0,15 M. (c) o tempo necessário para a conversão de 74% do material de partida.
(Resposta: (a) 0,18 M; (b) 13 min; (c) 33 min)
ln[A] = ln[A]0 - kt 
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Ordem da Reação
Segunda Ordem:
A velocidade depende da concentração do reagente elevada ao quadrado!
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Reação de Segunda Ordem – Determinação gráfica
Ordem de Reação
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Ordem de Reação
A formação do iodo molecular em fase gasosa segue uma cinética de 2ª ordem, onde k = 7,0x109M-1.s-1 a 230C. Determine a concentração de I após 2,0 minutos, sabendo que a concentração inicial é de 0,086 M.
I(g) + I(g)  I2(g)
(Resposta: 1,2x10-12 M)
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Ordem de Reação
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Tempo de Meia-Vida
Tempo de Meia-Vida (t1/2)
Tempo necessário para que a concentração de um reagente diminua para metade do valor inicial!
t½ = t para [A] = [A]0/2
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Tempo de Meia-Vida
Ordem Zero:
t½ = t para [A] = [A]0/2
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Tempo de Meia-vida
A decomposição do etano (C2H6) em radicais metil (CH3) segue uma cinética de 1ª ordem, onde k = 5,36x10-4 s-1 a 7000C. Determine o tempo de meia-vida da reação.
(Resposta: 21,5 min)
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Teoria das Colisões
V = k[A]x
FONTE: Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química – Ciência Central, Trad. Matos, R. M.,9ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 972p.
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Energia de Ativação
Energia de Ativação (Ea)
É a energia mínima necessária para que se inicie uma dada reação!
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Número de Colisões Efetivas
f é o número de moléculas com energia  Ea!
Efeito da Temperatura
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Equação de Arrhenius
Equação Arrhenius
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Tempo de Meia-vida
Represente lnk em função de 1/T e determine a energia de ativação (kJ/mol) da reação de decomposição do acetaldeído. Considere a reação de 1ª ordem.
CH3CHO(g)  CH4(g) + CO(g)
(Resposta: 1,74x102 kJ/mol)
Determine uma equação que relacione duas constantes de velocidades (k1 e k2) com as suas respectivas temperaturas (T1 e T2).
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Estado de Transição
Complexo Ativado ou Estado de Transição
É a espécie instável de mais alta energia formada durante uma dada reação!
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Mecanismo e Molecularidade
Mecanismo de Reação
Indica a seqüência detalhada de etapas simples e elementares que levam dos reagentes aos produtos!
Molecularidade
É o número de moléculas que reagem durante uma etapa elementar!
Unimolecular – uma molécula
Bimolecular – duas moléculas
Trimolecular – três moléculas
Etapas Elementares
Representa a progressão da reação global em nível molecular!
Reação Global
Representa o início e o final da reação, omitindo as etapas elementares!
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Etapas Elementares
Lei da Velocidade de Reação
Depende das etapas elementares!
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Mecanismo de Reação
Etapa Inicial Rápida
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Catalisador
Aumenta a velocidade de uma reação sem ser consumido!
Geralmente, reduz a energia de ativação da reação!
Homogênea – catalisador e reagentes na mesma fase.
Heterogênea – catalisador e reagentes em fases diferentes.
Catálise
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Catalisador
Catálise
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Síntese da Amônia – Processo Haber
Utilizada na fabricação de fertilizantes e explosivos.
Catálise Heterogênea
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Hidrogenação Catalítica
Adsorção aos sítios ativos do catalisador!
Catálise Heterogênea
C2H4(g) + H2(g)  C2H6(g) H = -136 kJ/mol
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Conversores Catalíticos
Oxida o CO e hidrocarbonetos (CxHy) não queimados a CO2 e H2O.
Reduz os óxidos de nitrogênio (NOx) e enxofre (SOx) a N2, O2 e H2S.
Catálise Heterogênea
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Catálise Ácida
Catálise Homogênea
V = k[CH3COOC2H5]
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Enzimas
São catalisadores biológicos!
Sistema Chave-Fechadura
Alta especificidade
Os sítios ativos podem ser bloqueados (Inibidores Enzimáticos)
103–107 eventos por segundo
Catálise Enzimática
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Velocidade de Reação
Catálise Enzimática
V = k [ES]