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Cinética química

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FÍSICO-QUÍMICA
CinCinéética Qutica Quíímicamica
* A Cinética Química é a parte da físico-
química que estuda a velocidade das
reações e os fatores que nela interferem.
Introdução
* Em uma reação genérica do tipo, 
xA + yB →→→→ zC + wD Teremos : 
* A e B →→→→ Reagentes( São consumidos com o tempo )
* C e D →→→→ Produtos ( São formados com o tempo )
* x , y , z e w →→→→ Coeficientes da equação balanceada.
Velocidade média de uma Reação
* Pode ser calculada pela relação entre o 
nº de mols consumido de um reagente ou o 
nº de mols formado de um produto pelo 
intervalo de tempo. ( ∆∆∆∆t ) Veja :
Vm = ∆∆∆∆nR / ∆∆∆∆t ou Vm = ∆∆∆∆nP / ∆∆∆∆t
Sabendo-se que no instante t1 = 10s temos 
100 mols de H2 e que no instante t2 = 40s 
temos apenas 40 mols de H2 , determine :
Ob s :
* Nas expressões anteriores podemos 
utilizar também a variação da massa ( ∆∆∆∆m ),
variação do volume de um gás ( ∆∆∆∆V ) ou a 
variação da concentração molar ( ∆∆∆∆[ ] ) .
a) A Vel. média do H2
* Seja a reação : 1 N2 + 3 H2 →→→→ 2 NH3
ResoluResoluçção:ão:
V H2 = ∆∆∆∆n H2 / ∆∆∆∆t = n2 - n1 / t2 - t1
40 - 100 / 40 - 10 = 60 / 30
V H2 = 2,0 mols / s .
b) A Vel. média do NH3
* A vel. média do NH3 pode ser calculada 
pela relação estequiométrica da equação, 
onde podemos afirmar que :
VN2 / 1 = VH2 / 3 = VNH3 / 2 Logo
VNH3 / 2 = VH2 / 3 →→→→ VNH3 / 2 = 2,0 / 3
Resolução :
V NH3= 1,33 mols / s .
Teoria das ColisõesTeoria das Colisões
Como ocorrem as reaComo ocorrem as reaçções :ões :
CondiCondiçções Fundamentaisões Fundamentais
**Afinidade quAfinidade quíímicamica **Colisões entre reagentesColisões entre reagentes
CondiCondiçções Acessões Acessóóriasrias
** Colisões com boa Colisões com boa energiaenergia e com e com 
boa boa orientaorientaççãoão ( Geometria )( Geometria )
Caminho de uma ReaCaminho de uma Reaççãoão
ReagentesReagentes →→→→→→→→ Complexo AtivadoComplexo Ativado →→→→→→→→ ProdutosProdutos
ENERGIAENERGIA
Energia de ativaEnergia de ativaçção ão 
PartPartíícula intermedicula intermediááriaria
*ENERGIA DE ATIVA*ENERGIA DE ATIVAÇÇÃO ÃO éé aa energia energia 
necessnecessáária para ria para ativarativar os os reagentesreagentes e leve leváá--
los a uma situalos a uma situaçção em que possa iniciar a ão em que possa iniciar a 
reareaçção.ão.
**Com essa energia os reagentes atingem um Com essa energia os reagentes atingem um 
estado intermediestado intermediáário, instrio, instáável e muito vel e muito 
energenergéético ( tico ( Complexo AtivadoComplexo Ativado ) e caminham ) e caminham 
para a formapara a formaçção dos produtos.ão dos produtos.
Veja o exemplo Veja o exemplo 
HH22 + I+ I22 →→→→→→→→ HH22II22 →→→→→→→→ 2 HI2 HI
HH
HH
II
II
II
II
HH
HH
IIHH
IIHH
RR
PP
HH
ReaReaççãoão
( Kcal )( Kcal )
11
* 1* 1→→→→→→→→ Entalpia dos Reagentes ( HEntalpia dos Reagentes ( HRR ) ) 
22
* 2* 2→→→→→→→→ Entalpia dos Produtos ( HEntalpia dos Produtos ( HPP ))
33
* 3* 3→→→→→→→→ VariaVariaçção de ão de 
Entalpia ( Entalpia ( ∆∆∆∆∆∆∆∆H )H )
∆∆∆∆∆∆∆∆H = HH = HPP -- HHRR = = 
2 2 -- 11→→→→→→→→ ∆∆∆∆∆∆∆∆H < 0H < 0
AnAnáálise lise 
GrGrááficafica
ReaReaçção ão 
exotexotéérmicarmica
Diagrama de Diagrama de 
EntalpiaEntalpia
. . 44
* 4 * 4 →→→→→→→→ Complexo AtivadoComplexo Ativado
55
* 5 * 5 →→→→→→→→ Energia de AtivaEnergia de Ativaççãoão
Conclusões GeraisConclusões Gerais
** A A Energia de AtivaEnergia de Ativaççãoão deve ser entendida deve ser entendida 
como uma como uma barreirabarreira para ocorrer a reapara ocorrer a reaçção.ão.
** Logo, quanto Logo, quanto menormenor a energia de ativaa energia de ativaçção ão 
maiormaior a velocidade da reaa velocidade da reaçção.ão.
** Denominamos de Denominamos de colisão efetivacolisão efetiva ou ou eficazeficaz
aquela que resulta em reaaquela que resulta em reaçção.ão.
** Logo, uma Logo, uma colisão efetivacolisão efetiva apresenta apresenta 
boa energiaboa energia e e boa geometria.( boa geometria.( posiposiçção ão ))
Fatores que interferem na Fatores que interferem na 
Velocidade das ReaVelocidade das Reaçções ões 
* * Podemos afirmar que todas as Podemos afirmar que todas as reareaççõesões se se 
processam por processam por colisões efetivas.colisões efetivas. Logo:Logo:
** Qto Qto >> NNºº de colisões de colisões >> A probabilidade de A probabilidade de 
colisões efetivas colisões efetivas >> A velocidade das reaA velocidade das reaçções.ões.
** Qualquer fator capaz de alterar o nQualquer fator capaz de alterar o nºº de de 
colisões efetivascolisões efetivas, ir, iráá alterar a velocidade de alterar a velocidade de 
uma reauma reaçção.ão.
** 1.1. E N E R G I AE N E R G I A
** O fornecimento de O fornecimento de energiaenergia facilita a facilita a 
formaformaçção do ão do complexo ativadocomplexo ativado, logo , logo 
aumenta a velocidade da reaaumenta a velocidade da reaçção.ão.
** Podemos fornecer energia de vPodemos fornecer energia de váárias rias 
modalidades, veja:modalidades, veja:
* * Energia LuminosaEnergia Luminosa ( Rea( Reaçções Fotoquões Fotoquíímicas )micas )
HH22 + Cl+ Cl2 2 λλλλλλλλ 2 HCl2 HCl
* * Energia ElEnergia Eléétricatrica ( Rea( Reaçções Eletroquões Eletroquíímicas )micas )
2 H2 H22 + O+ O22 2 H2 H22OO
* * Energia TEnergia Téérmicarmica ( Rea( Reaçções Termoquões Termoquíímicas )micas )
CHCH44 + 2 O+ 2 O22 ∆∆∆∆∆∆∆∆ COCO2 2 + 2 H+ 2 H22OO
** 2.2. E S T A D O F E S T A D O F ÍÍ S I C O S I C O 
** A Vel. ReaA Vel. Reaçção: Gases ão: Gases >> LLííquidos quidos >> SSóólidos.lidos.
SS(s)(s) + O+ O2(g)2(g) →→→→→→→→ SOSO2(g)2(g) VV11
SS(l)(l) + O+ O2(g)2(g) →→→→→→→→ SOSO2(g)2(g) VV22
SS(g)(g) + O+ O2(g)2(g) →→→→→→→→ SOSO2(g)2(g) VV33
VV
EE
JJ
AA
LogoLogo
VV33 >> VV22 >> VV11
* * 3.3. NATUREZA DOS REAGENTESNATUREZA DOS REAGENTES
** Em uma reaEm uma reaçção hão háá necessidade de necessidade de quebrarquebrar
ligaligaççõesões ququíímicas nos reagentes.micas nos reagentes.
** Em geral qto Em geral qto menormenor o no nºº de de ligaligaççõesões a a 
serem rompidas, serem rompidas, maiormaior a vel. da reaa vel. da reaçção.ão.
VV
EE
JJ
AA
3 H3 H22 + N+ N22 →→→→→→→→ 2 NH2 NH33 VV11
6 H6 H + N+ N22 →→→→→→→→ 2 NH2 NH33 VV22
LogoLogo
VV22 >> VV11
** 4.4. SUPERFSUPERFÍÍCIE DE CONTATOCIE DE CONTATO
** Qto Qto >> superfsuperfíície de contatocie de contato >> nnºº colisões colisões >>
probabilidade de colisões efetivas probabilidade de colisões efetivas >>
velocidade da reavelocidade da reaççãoão. . Veja:Veja:
ZnZn(peda(pedaçço)o) + H+ H22SOSO4(aq)4(aq) →→→→→→→→ ZnSOZnSO4(aq)4(aq) + H+ H2(g) 2(g) VV11
ZnZn(p(póó)) + H+ H22SOSO4(aq)4(aq) →→→→→→→→ ZnSOZnSO4(aq)4(aq) + H+ H2(g)2(g) VV22
LogoLogo VV22 >>>>>> VV11
** 5.5. T E M P E R A T U R AT E M P E R A T U R A
** Qto Qto >> temperaturatemperatura >> energia cinenergia cinéética tica 
mméédia das moldia das molééculas culas >> freqfreqüüência e violência ência e violência 
das colisões das colisões >> probabilidade de colisões probabilidade de colisões 
efetivas efetivas > > velocidade da reavelocidade da reaçção.ão.
Regra de Regra de 
VanVan’’t Hofft Hoff
* A cada aumento de * A cada aumento de 1010°°CC duplicaduplica
a velocidade de uma reaa velocidade de uma reaçção.ão.
VV
EE
JJ
AA
A + B A + B →→→→→→→→ C C A 20A 20°°°°°°°°CC VV11
A + B A + B →→→→→→→→ C C A 50A 50°°°°°°°°CC VV22
LogoLogo
VV22 = = 88 VV11
** 6.6. C A T A L I S A D O RC A T A L I S A D O R
** ÉÉ uma uma substânciasubstância que que aumentaaumenta a a 
velocidadevelocidade de uma reade uma reaçção, pois ão, pois éé capaz de capaz de 
diminuirdiminuir a energia de ativaa energia de ativaççãoda reaão da reaçção. ão. 
PropriedadesPropriedades
* * NãoNão éé consumido pela reaconsumido pela reaçção.ão.
* * NãoNão altera o altera o ∆∆∆∆∆∆∆∆HH da reada reaçção.ão.
* Atua igualmente nas rea* Atua igualmente nas reaçções ões 
direta e inversa.direta e inversa.
AnAnáálise Grlise Grááfica com Catalisadorfica com Catalisador
ReaReaçção Exotão Exotéérmicarmica
HH( Kcal )( Kcal )
ReaReaççãoão
RR
PP
11
22
* 1* 1 →→→→→→→→ Energia de AtivaEnergia de Ativaçção ão 
semsem catalisador.catalisador.
* 2* 2 →→→→→→→→ Energia de AtivaEnergia de Ativaçção ão 
comcom catalisadorcatalisador
Exemplos de Catálises
2 H2 + O2 →→→→ 2 H2O ( Sem Cat. ) V1
2 H2 + O2 
Pt 2 H2O ( Com Cat. ) V2
* Essa é uma cat. Heterogênea. V2 >... V1
2 SO2(g) + O2(g) →→→→ 2 SO3(g) ( Sem Cat. ) V1
2 SO2(g) + O2(g)
NO2(g) 2 SO3(g)(Com Cat. ) V2
* Essa é uma cat. Homogênea. V2 >... V1
* 7. CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES
* Qto > Conc. dos Reagentes > Nº de Colisões 
> Prob. De Colisões efetivas > Vel. da Reação.
* Lei de Guldberg-Waage
* Lei da Ação das Massas
* Lei Cinética de Vel. 
* A vel. de uma * A vel. de uma 
reareaçção ão éé proporcionalproporcional
ààs s concentraconcentraççõesões
molaresmolares dos dos 
reagentes, elevadas a reagentes, elevadas a 
expoentes que são expoentes que são 
determinados determinados 
experimentalmente.experimentalmente.
V = K . [ R ]x
* K * K →→→→→→→→ Cte especCte especíífica de vel. fica de vel. 
( ( Varia com a temperaturaVaria com a temperatura. ) . ) 
* Determinação do expoente X
*1º) Reações Elementares: Ocorrem em
uma única etapa. X = Coeficientes. veja:
1 SO2(g) →→→→ S(g) + O2(g) V = K . [ SO2 ]1
2 NH3(g) →→→→ N2(g) + 3 H2(g) V = K . [ NH3 ]2
2 H2(g) + 1 O2(g) →→→→ 2 H2O(g) V = K.[ H2 ]2. [ O2 ]1
* 2º) Reações Não Elementares: Ocorrem
em mais de uma etapa.
X = Coeficientes da etapa lenta. Veja:
* Seja a reação global: 2 A + 3 B →→→→ A2B3
1ª Etapa) A + 2 B →→→→ AB2 ( Lenta ) 
2ª Etapa) AB2 + A →→→→ A2B2 ( Rápida )
3ª Etapa) A2B2 + B →→→→ A2B3 ( Rápida )
Global) 2 A + 3 B →→→→ A2B3
Lei Cinética
V = K . [A].[B]2
* Observações
*1ª) Substâncias sólidas não participam da 
lei cinética. Veja:
C(s) + 2 H2(g) →→→→ CH4(g) V = K.[H2]2
*2ª) Ordem de uma reação: Soma dos 
expoentes da Lei Cinética. Veja:
1 N2 + 3 H2 →→→→ 2 NH3 V = K.[N2]1. [H2]3
*1ª Ordem( N2 ) 
*3ª Ordem( H2 ) 
Reação de 
Ordem 4 The end

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