Apostila de Cinética Química

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AA VVEELLOOCCIIDDAADDEE 
DDAASS RREEAAÇÇÕÕEESS 
 
Cinética química é a parte da química que estuda 
a velocidade das reações químicas e os fatores que 
influenciam esta velocidade. 
O conhecimento e o estudo da velocidade das 
reações, além de ser muito importante em termos 
industriais, também está relacionado ao nosso dia- 
a-dia. 
Por exemplo, quando guardamos alimentos na geladeira para retardar sua decomposição ou usamos 
panela de pressão para aumentar a velocidade de cozimento dos alimentos estamos interferindo na 
velocidade das reações. 
 
Velocidade de reação 
 
 A velocidade de uma reação é medida pela quantidade de reagente que é consumindo ou pela quantidade de 
 produto que é formado em função do tempo. 
 Considerando a reação : 
 
 N2(g) + 3 H2(g) → 2NH3(g) 
 
 
Vm =
∆Q
∆t
 
 
 
Vreação global = = = ∆[N2]
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∆[H2] ∆[NH3]
 
V consumo de H2 = ∆[H2]
∆t
V consumo de NH3 = ∆[NH3]
∆t
V consumo de N2 = ∆[N2]
∆t
 
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Condições para ocorrência de uma reação 
 
 
 Natureza dos reagentes: quando uma reação ocorre é porque temos uma “afinidade” entre os reagentes. 
 Contato entre reagentes: esta é uma condição fundamental para que se possa haver reação, sem 
contato não teremos uma reação ocorrendo. 
 Choques ou colisões: acreditamos que os choques eficientes entre os reagentes levam a quebra de 
liga- ções ocasionando a reação. 
Teoria da Colisão 
 
Pela teoria da colisão, para haver reação , é necessário que: 
 
 as moléculas dos reagentes colidam entre si ; 
 a colisão ocorra com geometria favorável à quebra das ligações; 
 a energia das moléculas que colidem entre si seja suficiente para quebrar as ligações. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Colisão efetiva 
 
Colisão efetiva ou eficaz é aquela que resulta em reação, isto é, que está de acordo com as duas últimas 
condições da teoria da colisão. O número de colisões efetivas ou eficazes é muito pequeno comparado ao 
número total de colisões que ocorrem entre as moléculas dos reagentes. 
 
Complexo Ativado 
 
 
Complexo ativado é uma estrutura intermediária de grande energia entre os reagentes e os produtos, com 
ligações intermediárias entre as dos reagentes e as dos produtos. 
 
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Energia de Ativação 
Energia de ativação é a energia mínima necessária para a formação do complexo ativado. 
 
 Quanto menor for a energia de ativação de uma reação, maior será sua velocidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
E1 = entalpia dos reagentes
E2 = entalpia do complexo ativado
E3 = entalpia dos produtos
b = energia de ativação da reação direta
c = variação de entalpia (∆H= Hp – Hr)
Reação exotérmica
 
Reagentes Complexo ativado Produtos
 
E1 = entalpia dos reagentes
E2 = entalpia do complexo ativado
E3 = entalpia dos produtos
b = energia de ativação da reação direta
c = variação de entalpia (∆H= Hp – Hr)
Reação endotérmica
 
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Fatores que influenciam a velocidade da reação 
 
 Estado físico dos reagentes 
 
 Geralmente os gases reagem mais facilmente e mais rapidamente que os líquidos, e estes mais rapidamente 
que os sólidos. 
 Nos gases, as moléculas reagentes se deslocam com muita liberdade e rapidez. Os choques entre elas são 
muito frequentes e, consequentemente, a reação é em geral mais rápida. 
 Quando dois líquidos miscíveis são misturados a reação é facilitada devido ao contato entre suas moléculas. 
Já os líquidos imiscíveis não reagem facilmente. 
 
 Temperatura 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Uma elevação da temperatura aumenta a velocidade de uma reação porque aumenta o número de colisões 
entre as moléculas e o número de moléculas dos reagentes com energia superior à de ativação. 
 
Regra de Van't Hoff 
“ Uma elevação de 10°C na temperatura duplica a velocidade de 
uma reação.” 
 Esta é uma regra aproximada e muito limitada 
 
 
 
 
 
 Superfície de Contato 
 
 Quando fragmentamos os reagentes, aumentamos a superfície de contato entre eles. Assim, o número de 
colisões aumenta e a velocidade da reação será maior. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Jacobus Henricus Van't Hoff
(Prêmio Nobel de Química 1901)
 
 
 
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No nosso dia-a-dia observamos que : 
 
 1kg de carne moída cozinha mais rapidamente do que 1 kg de carne em pedaços. 
 1 m3 de lenha fina queima mais rapidamente do que 1 m3 de lenha grossa. 
 1 comprimido efervescente triturado reage mais rapidamente com a água do que o comprimido 
inteiro. 
 
 
 Nos três exemplos acima observamos a influência da superfície de contato. 
 
 
 Concentração 
 
 O aumento da concentração dos reagentes aumenta o número de moléculas por volume. Assim, o número de 
colisões será maior e a velocidade da reação aumenta. 
 
 Lei da ação das massas 
“A velocidade de uma reação será diretamente proporcional ao produto da molaridade dos seus 
reagentes elevada a expoentes determinados experimentalmente.” 
 
aA + bB + ... → produtos 
 
 
 p e q são experimentalmente determinados . 
 k = constante de velocidade de reação(aumenta com a temperatura ). 
 p = ordem da reação em relação a A . 
 q = ordem da reação em relação a B . 
 p + q + ... = ordem da reação 
 
Reagente gasoso - A pressão de um gás é diretamente proporcional à sua concentração em mol/L. Por 
isso, no caso de reagente(s) gasoso(s), a lei de velocidade pode ser expressa em termos de pressão. 
 
Para : 
 
 aA(g) + bB(g) + ... → produtos 
 
 
 
 
v = k [A ]p [B]q
 
V = k PA . PBp q
 
 
 
 
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 O aumento da pressão aumenta a velocidade da reação. Quando não há reagente gasoso, a pressão não 
influi na velocidade da reação. 
 Reação elementar 
 
 Reação elementar é aquela que ocorre numa única etapa. Neste caso, para : 
aA + bB + ... → produtos, 
 
 Os expoentes da concentração dos reagentes na equação da velocidade serão os próprios coeficientes dos 
 reagentes na equação balanceada: 
 
 
 
 
 
 
 Reação não elementar 
A reação é não elementar quando ocorre em várias etapas. O Mecanismo de reação é o conjunto das 
etapas de uma reação. A etapa lenta é a que determina a velocidade da reação. O mecanismo de uma 
reação é proposto com base no estudo de sua velocidade. 
 
 
 
 
 Catálise é uma reação na qual toma parte um catalisador. 
 
 Catalisador é uma substância que aumenta a velocidade de 
uma reação,permanecendo inalterado qualitativa e 
quantitativamente no final da reação. 
 
 A ação do catalisador é abaixar a energia de ativação. 
O abaixamento da energia de ativação é que determina o 
aumento da velocidade da reação. 
 
 Catálise homogênea - Catalisador e reagentes 
constituem uma só fase. O catalisador cria um caminho alternativo para a reação com uma menor 
energia de ativação. O catalisador participa das etapas intermediárias da reação mais é 
regenerado no final. 
 
 
V = k [A] . [B]
a b
 
X2 + Y2 → 2 XY etapa lenta2XY + X2 → 2X3Y etapa rápida
2X2 + Y2 → 2X3Y reação global
 
V = K [X2].[Y2]
 
Catalisadores de resina acrílica
 
 Catálise e catalisador 
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Reação não catalisada (uma etapa ) : 
A2(g) + B2 (g) → 2 AB(g) 
 
 
Reação catalisada ( Duas etapas ) : 
A2(g)
 
+ B2(g) + C(g) ) → A2(g) + B2C(g) 
A2(g) + B2C(g) → 2 AB(g) + C(g) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Catálise heterogênea - Catalisador e reagentes constituem duas ou mais fases (sistema polifásico 
 ou mistura heterogênea). O catalisador adsorve as moléculas dos reagentes e fornece energia para as 
 ligações que ficam mais frágeis, facilitando a reação: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Conversores catalíticos automotivos 
 
 Existem catalisadores especiais, utilizados no escapamento dos automóveis, que conseguem transformar 
alguns dos gases venenosos emitidos (dentre eles CO, NO e NO2) em gases não venenosos, como CO2 e N2. Entre 
as muitas reações que ocorrem nesse processo, podemos citar: 
Adsorção dos reagentes com 
fornecimento de energia
Reagentes com ligações 
enfraquecidas
Reagentes com 
ligações estáveis
 
Sem catalisador
Com catalisador
A2 + B2
2 AB
en
er
gi
a
Sentido da reação
Diagrama de energia
 
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Os conversores catalíticos são bastante efetivos. Os gases produzidos pelo motor ficam em contato com o 
catalisador por apenas 100 a 400 milissegundos, tempo suficiente para que 96% do CO seja convertido em 
CO2 e a emissão de óxidos de nitrogênio seja reduzida em 76%. 
 Enzimas 
 
 Enzima é uma proteína que atua como catalisador em reações biológicas. Caracteriza-se pela sua ação específica 
 e pela sua grande atividade catalítica. Apresenta uma temperatura ótima, geralmente ao redor de 36,5°C, na qual 
 tem o máximo de atividade catalítica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Suporte cerâmico revestido 
com óxido de alumínio e 
partículas de Ródio , Paládio
e platina.
Entrada de gases tóxicos
provenientes do motor
(NO2 , SO2 , CO ...)
Saída de gases inofensivos
(CO2 , N2 , H2O , O2 ...)
Ação catalítica
 
 2CO + 2NO → 2CO2 + N2 
 2CO + O2 → 2CO2 
 2NO2 → N2 + 2 O2 
Ação enzimática
E = enzima S = Substrato P1 e P2 = Produtos
 
 
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Promotor 
 Promotor de reação ou ativador de catalisador é uma substância que ativa o catalisador, mais 
isoladamente não tem ação catalítica na reação. 
 A reação : N2 + 3 H2 → 2 NH3 
 
é catalisado por ferro; se adicionarmos pequenas quantidades de K2O ou Aℓ2O3, a ação catalítica do ferro 
ficará muito mais acentuada. Dizemos, então, que o K2O ou Aℓ2O3 agem como promotores ou ativadores 
do ferro. 
 
 Inibidor 
 
 
Inibidor é uma substância que diminui a velocidade de uma reação agindo de forma contrária ao 
catalisador,porém o inibidor é consumido na reação. 
Na reação : CH4 + Cℓ2 → CH3Cℓ + HCℓ 
 A adição de pequenas quantidades de oxigênio retarda a reação; tão logo, porém, o oxigênio seja 
consumido, a reação retoma sua velocidade primitiva. Atualmente, os inibidores são muito usados na 
conservação de alimentos, bebidas e outros perecíveis. 
 
 
 Veneno 
 
Veneno (ou Anti-catalisador) é a substância que diminui ou mesmo anula o efeito de um catalisador. 
No exemplo anterior: 
 
 N2 + 3 H2 → 2 NH3 
 A presença do ferro aumentaria a velocidade da reação atuando como catalisador. A adição de pequenas 
quantidades de arsênio ou compostos do arsênio diminui ou anula o efeito do ferro como catalisador. 
 
 Autocatálise 
 
 
A autocatálise ocorre quando um dos produtos da reação atua como catalisador. No início, a reação é lenta 
e, à medida que o catalisador (produto) vai se formando, sua velocidade vai aumentando. 
CH2COOC2H5 + H2O → CH3COOH + C2H5OH 
 Éster água ácido álcool 
 
 Essa reação é extremamente lenta. No entanto, logo que se formam as primeiras porções do ácido, esse 
passa a agir como catalisador da reação, acelerando o processo.