Cinetica Quimica 2017 ENG PROD

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CINÉTICA QUÍMICA
Prof. Paulo Cesar Souza Pereira, MSc
Química Geral
Agronomia
Engenharias QUIM / ALIM / PROD
Zootecnia 
Cursos:
Disciplina:
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ - UEM
Cinética química
Estuda a velocidade (rapidez) em que as reações
químicas ocorrem.
Qual a relevância? Cinética = tempo = dinheiro
Qual a relevância da cinética química para a sua
atuação profissional?
Fatores que influenciam a velocidade das reações
➢ Estado físico dos reagentes
➢ Concentração dos reagentes
➢ Temperatura da reação
➢ Presença de um catalisador
Todos esses fatores estão em consonância com
a teoria das colisões.
Teoria das Colisões 
Para que uma reação química ocorra deve haver a 
colisão efetiva entre as moléculas dos reagentes. 
Fatores de uma colisão efetiva:
1 – Orientação adequada
A + BC AB + C
A reação não ocorre
Queremos formar Cl2. 
Influência da superfície de contato 
O aço pega fogo? O aço entra em combustão?
Depende da superfície de contato
Influência da superfície de contato 
Influência da Temperatura
Por que manter os alimentos refrigerados?
Ao baixar a temperatura retardamos as reações de
deterioração dos alimentos.
Em geral, um aumento de 10°C dobra a velocidade da
reação.
Influência de um catalisador
Um catalisador modifica a energia de
ativação da reação podendo acelerar ou
retardar o processo.
Influência da Pressão em gases 
O aumento da pressão equivale a diminuição do volume, que
equivale a aumento da concentração.
Velocidade média de reação 
É um valor médio da velocidade em que a reação acontece.
Pode-se monitorar o
aparecimento de B ou o
desaparecimento de A.
Variação da velocidade com o tempo e velocidade
instantânea: a taxa d[A]/dt permite descobrir a velocidade
de reação em qualquer instante de um experimento
monitorado.
Qual a velocidade instantânea
no início da reação?
Vinst =
Vinst =
0,06 – 0,10
200 – 0,0
–
Vinst = 2x10
-4 mol / L s
Vinst = 6,25x10
-5 mol / L s
Por que a velocidade diminui com o tempo?
Concentração e velocidade: as velocidades apresentam
uma dependência exponencial em relação às concentrações
dos reagentes.
Por que a velocidade é proporcional à concentração de
reagentes.
Leis de velocidade: é a expressão da dependência da
velocidade de reação em relação às concentrações das
espécies químicas (reagentes ou produtos) monitoradas.
Velocidade = k [A]m [B]n
K = constante de velocidade
m = ordem com relação ao reagente A
n = ordem com relação ao reagente B
m + n = ordem global da reação
Velocidade de reação e estequiometria 
Quando a estequiometria da reação não é 1:1, fazemos a
correção da velocidade inserindo o coeficiente estequiométrico
como um dos termos da equação.
Estequiometria 2:1
A lei de velocidade (Efeito da concentração)
Usando os dados experimentais escrevemos a lei de velocidade.
Atenção: a ordem não é o
coeficiente estequiométrico
Considere a seguinte reação:
Vel = k [A]m [B]n Vel = k [NO]m [Br2]
n
Escreva a lei de velocidade:
1ª Ordem: dobra [Esp], dobra velocidade
2ª Ordem: dobra [Esp], quadriplica velocidade
Ordem zero: dobra [Esp], não altera velocidade
Vel = k [NO]2 [Br2]m = 2n = 1
Exemplo: Proporções não explicitas
A constante k de ordem zero deve ter a mesma unidade
que a velocidade da reação, mol L-1 s-1 .
Leis de velocidade integradas:
Permite saber a concentração da espécie química
monitorada a qualquer tempo:
Lei integrada de 1ª ordem:
Lei integrada de 2ª ordem:
Lei integrada de ordem zero:
Tempos de meia-vida: Tempo necessário para que a
concentração de um reagente diminua para metade do
valor inicial.
Tempos de meia-vida:
1ª ordem: Tempo de meia-vida
2ª ordem:
Ordem zero:
Qual será a pressão total do reator?
A constante de velocidade de 1ª ordem para a decomposição de um inseticida em água a
12ºC é 1,45 ano-1. Certa quantidade desse inseticida é carregada pela água para um lago
em 1° de junho, levando a uma concentração de 5,0 x 10-7 g/cm3 de água. Sendo a
temperatura média igual a 12ºC. (a) Qual será a concentração de inseticida um ano
depois? (b) Quanto tempo levará para a concentração do inseticida cair para 3,0 x 10-7
g/cm3?
Método gráfico para reações de 1ª Ordem:
Pressão x tempo ln pressão x tempo 
Se a reação for de 1ª Ordem, o gráfico ln pressão x tempo será uma reta.
1 - Um pesticida, utilizado em lavouras de soja, se degrada
em dias secos seguindo uma cinética de 1ª ordem (k1 =
0,4605 dia-1). Já em dias úmidos (chuvosos) a degradação do
mesmo segue uma cinética de 2ª ordem (k2 = 333,3 mol
-1 L
dia-1). Foi feita a pulverização da lavoura e a quantidade
média de produto adsorvida em cada planta é equivalente a
uma concentração de 1x10-2 mol L-1. Depois da aplicação
seguiram-se 5 dias de sol e depois 3 dias de chuva. Use as
leis de velocidade integradas para determinar o
equivalente/concentração desse pesticida sobre a lavoura
após esse período de tempo.
2 - Um corante têxtil para jeans se degrada seguindo uma
cinética de 2ª ordem durante a lavagem (k2 = 0,1361 mol L min
-1).
Quando o tecido é exposto à luz solar, a cinética de degradação é
de ordem zero (k0 = 1,333 x 10
-6 mol L-1 min-1). No processo de
tingimento a quantidade média de corante adsorvida no tecido é
equivalente a uma concentração de 5x10-3 mol L-1. (A) Qual será
o equivalente/concentração do corante em uma peça depois de
30 minutos de lavagem e 2,5 horas de secagem ao sol? (B)
Calcule a porcentagem de perda de corante no processo.
3 – A secagem do concreto envolve muitas reações químicas
paralelas, mas se enquadra numa cinética observável de 1ª
ordem (k1 = 0,2862 dia
-1). A cura funcional de uma viga de
sustentação ocorre quando a quantidade de água de
hidratação é equivalente a 4,9x10-5 mol L-1. No concreto
fresco a [H2OHidr] = 1,5x10
-2 mol L-1. Calcule, com uma
margem de segurança de 10%, com quantos dias pode ser
desenformada uma viga construída em condições
ordinárias.
Método gráfico para reações de 2ª Ordem:
Se a reação for de 2ª Ordem, o gráfico 1/[A] x tempo será uma reta. (r =0,9999...)
ln [A] x tempo 1/[A] x tempo 
y = a x + b
Atenção
Cuidado com o ajuste automático (forçado)
Testando: r
0.999991176
A B r
1 2 3
Coef. correlação: 
Coef. angular = k B
0.542931034
Regressão linear na Casio fx-82MS:
➢ Limpar memória: Shift > CLR
➢ Mode: REG 3 > LIN 1
➢ Entradas: X , Y > M+
➢ Coef Correlação: (S-VAR) shift > 2 escolher r 3
➢ Coef Angular: (S-VAR) shift > 2 escolher B 2
Temperatura e velocidade de reação:
Equação de Arrhenius: Expressa a dependência do valor de
k com a variação da temperatura.
Fator pré exponencial. Tem a mesma unidade de k.
O Fator A representa todas as “colisões totais” (todas aquelas
colisões que tem orientação correta).
O termo exponencial indica a fração das colisões totais (A) que
terá energia necessária para reagir efetivamente.
Termo exponencial
Qual a dependência do termo exponencial com a Temperatura? Veja:
A dependência de k com a temperatura é exponencial.
Atenção
x = 1 /T
Também pode ser feito por regressão linear
Caso os valores dos pares (T1, k1) e (T2, k2) sejam conhecidos, pode-se
calcular Ea pelo método algébrico.
Resumo