FISICO QUIMICA 3 CINETICA QUÍMICA (aula)

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LICENCIATURA EM QUÍMICA
FISICO-QUÍMICA III
CINÉTICA QUÍMICA
Os Fatores que Alteram as Velocidades das Reações
Lucilene Gomes de Oliveira
Professor: Higo de Lima Bezerra Cavalcanti
Período: 2018.1
Agosto/2018
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Fatores que alteram as velocidades das reações
Velocidade de reação é definida como sendo a variação da concentração de um dos reagentes ou produtos dividida pelo tempo que a mudança leva para ocorrer.
 Velocidade média de uma reação é a variação da concentração molar de um reagente ou produto, R, 
 [R] = [R]f2 – [R]f1, durante o intervalo de tempo t = t2 – t1.
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Velocidade média de desaparecimento de 
 						R = - [R] 
		 						 t
Velocidade média de formação de 
						P = [P] 
		 					 t
Fatores que alteram as velocidades das reações
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Exercício
Calcule a velocidade média da reação abaixo, sabendo que no intervalo de 100 . s, a concentração de HI decresceu de 4,00 mmol.L-1 para 3,50 mmol.L-1:
2 HI(g) -> H2(g) + I2(g)
 R = - [R]
		 t
Vm desaparecimento HI = - (3,50 – 4,00) (mmol HI) . L-1
											 100.s	
= 5,0 x 10-3 (mmol HI).L-1.s-1				
Fatores que alteram as velocidades das reações
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Os principais fatores que alteram a velocidade das reações são:
1 – Temperatura; 
2 – superfície de contato;
3 – pressão;
4 – concentração;
5 – presença de luz;
6 – catalizador;
7 – inibidores. 
Fatores que alteram as velocidades das reações
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 Temperatura
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Um aumento de 10oC na temperatura normal dobra, em geral, a velocidade de reação de espécies orgânicas em solução.
	EXEMPLO:
	Um exemplo típico em que este comportamento se verifica 	são os digestores anaeróbios de lodos, onde o rendimento 	praticamente duplica quando se eleva a temperatura do lodo 	de 25C para 35C. E, esse lodo se encontra com bastante 	frequência nos esgotos.
 Temperatura
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 Temperatura
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 Temperatura
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A temperatura está ligada à agitação das moléculas. Quanto mais calor, mais agitadas ficam as moléculas. 
Se aumenta a temperatura , aumenta a energia cinética das moléculas, elas se chocam mais e com mais energia, diminuindo a energia de ativação e aumentando o número de colisões. Portanto, aumenta a velocidade das reações.
 
Temperatura
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	ENERGIA DE ATIVAÇÃO
É a energia mínima que os reagentes ou partículas precisam para que inicie a reação química.
Quanto maior a energia de ativação, mais lenta é a reação, porque aumenta a dificuldade para que o processo ocorra. 
Quanto menor a energia de ativação, menor a “barreira” de energia, mais colisões efetivas e portanto uma reação mais rápida. 
Energia de Ativação
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Formação do complexo ativado
No complexo ativado, as ligações presentes nos reagentes estão enfraquecidas e as ligações presentes nos produtos estão se formando.
Energia de Ativação
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Quanto maior a superfície de contato, maior o número de moléculas reagindo, maior o número de colisões e, portanto, aumenta a velocidade da reação.
	EXEMPLOS:
Uma substância em pó reage mais rápido do que uma substância inteira porque possui maior superfície de contato;
a carne é digerida mais facilmente quando mastigada do que inteira;
Superfície de Contato
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Pressão é a razão entre força e área, ou seja, fazer força sobre uma determinada área.
Com o aumento da pressão em um recipiente, diminui o volume e, desta forma, aumenta a concentração dos reagentes.
As moléculas se chocam mais, aumentando o número de colisões e, portanto, aumenta a velocidade da reação.
Pressão
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Aumento da pressão -> diminui volume -> reação mais rápida
				
					Fonte: www.soq.com.br
Pressão
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Concentração está relacionada à quantidade de soluto e de solvente de uma substância. 
Se aumenta a concentração de reagentes, aumenta o número de moléculas dos reagentes, aumentando o número de colisões e aumentando também, a velocidade da reação. Está associada à Lei Cinética (Lei de Guldberg-Waage).
	EXEMPLO:
	Quando se aumenta a concentração de oxigênio numa 	queima, a combustão acontece mais rápido.
Concentração
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Lei Cinética (Lei de Guldberg-Waage).
A Lei da Velocidade ou Lei de Guldberg-Waage foi proposta em 1867 pelos cientistas noruegueses Cato Maximilian Guldberg (1836-1902) e Peter Waage (1833-1900). Foi enunciada da seguinte forma:
"A velocidade de uma reação é diretamente proporcional ao produto das concentrações molares dos reagentes, para cada temperatura, elevada a expoentes experimentalmente determinados."
Concentração – Lei de Guldberg e Waage
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	aA + bB <-> cC + dD  2CO + 1O2 -> 2CO2
	V = K. [A]x . [B]y			 V = K . [CO]2 . [O2]1
 Onde:
	V = velocidade da reação
	K = constante de velocidade ( A K independe das 	concentrações dos reagentes, mas depende da 	temperatura).
	[A] = concentração molar de A
	[B] = concentração molar de B
	X e Y = expoentes experimentalmente determinados
Concentração – Lei de Guldberg e Waage
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Algumas reações químicas ocorrem com maior velocidade quando estão na presença de luz. A luz influencia na velocidade das reações porque é uma energia em forma de onda eletromagnética que ajuda a quebrar a barreira da energia de ativação. 
Presença de Luz
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	EXEMPLOS:
A água oxigenada, por exemplo, se decompõe mais facilmente quando está exposta à luz, por isso devemos deixá-la guardada em local escuro. 
Alguns medicamentos são embalados em vidros escuros (âmbar) para não terem contato direto com a luz, reduzindo assim, seu tempo de decomposição.
A fotossíntese realizada pelas plantas é um tipo de reação que é influenciada pela presença da luz.
Presença de Luz
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Catalisador é uma substância química que não participa da reação química. Diminui a energia de ativação e aumenta a velocidade da reação.
O catalisador acelera a reação, mas não altera a composição química dos reagentes e produtos envolvidos. A quantidade de substância produzida na reação não se altera com o uso de catalisadores. 
Nas indústrias químicas, principalmente a petroquímica, os catalisadores são muito utilizados para acelerar as reações, deixando o processo mais barato. 
Catalizador
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Se a reação for reversível, a reação inversa também será acelerada, pois sua energia de ativação também terá um valor menor. O catalisador não altera a variação de entalpia (conteúdo de energia interna contida em cada substância envolvida).
FFff
 Fonte: www.soq.com.br
Catalizador
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Na equação química, coloca-se o catalisador em cima da seta que representa a reação química. Em função dos estados físicos dos reagentes e produtos, a catálise pode ser homogênea ou heterogênea.
catálise homogênea: quando reagentes e catalisador estão no mesmo estado físico, formando um sistema monofásico.
						 NO(g)
2SO2(g) + ½O2(g)  2SO3(g) 
	 catalisador
Catalizador
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catálise heterogênea: quando reagentes e catalisador não estão no mesmo estado físico, formando um sistema heterogêneo.
				 Fe(s)
 N2(g) + 3H2(g)  2NH3(g) 
 catalisador
Não existe um tipo ideal de catalisador. Para cada reação química existe um tipo diferente de catalisador. 
Catalizador
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 Os catalisadores mais comuns são: 
- metais - principalmente os de transição: Co, Ni, Pt, Pd;
- ácidos - que catalisam muitas reações orgânicas: H2SO4;
- óxidos metálicos – Al2O3, Fe2O3;
- bases – NaOH;
- enzimas – produzidas pelos organismos vivos: lipase, suco 	gástrico.
Catalizador
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 Catalizadores Vivos: Enzimas
	As células vivas contêm milhares de catalisadores, cada 	um dos quais é necessário à vida. Muitos desses 	catalisadores são proteínas chamadas enzimas.
Essas proteínas são moléculas muito grandes que têm um sítio ativo onde a reação ocorre. O substrato, a molécula sobre a qual a enzima age, se encaixa na cavidade como uma chave se encaixa numa fechadura.
Catalizador
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	CatalizadoresVivos: Enzimas
As enzimas são catalizadores biológicos cuja função é modificar moléculas de substrato e promover reações.
Catalizador
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	Catalizadores Vivos: Enzimas
	EXEMPLOS:
Amilase presente na saliva da boca humana, é uma enzima que ajuda a quebrar o amido dos alimentos em glicose, que se torna mais fácil de ser digerida.
Suco gástrico.
Catalizador
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Inibidores são substâncias, que ao contrário dos catalisadores, aumentam a energia de ativação e, como consequência, diminuem a velocidade da reação química. 
O inibidor pode ser chamado também de veneno de catalisador ou anticatalisador. Antigamente, era chamado de catalisador negativo. 
Inibidores
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 Venenos: 
Substâncias que diminuem ou anulam completamente a ação de um catalizador. Podem aparecer na reação como um dos produtos ou impurezas, fazendo com que a velocidade da reação diminua a ponto até de parar uma produção industrial.
 EXEMPLO:
 A utilização de platina na combustão do dióxido de enxofre 	(SO2) faz com que a reação ocorra de forma muito rápida. 	Todavia, quando o arsênio(As) é adicionado ao meio 	reacional, o processo simplesmente pára, já que ele atua 	como um veneno.
Inibidores
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 Inibidores: 
São substâncias que atuam apenas diminuindo a velocidade de uma reação. Eles são muito utilizados quando reações químicas processam-se de forma muito rápida.
 EXEMPLO:
	Conservantes de alimentos, bebidas e remédios.
Inibidores
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 Velocidade instantânea
Nas reações químicas, a velocidade a cada instante é diferente da velocidade média. As velocidades instantâneas nunca são as mesmas, possuindo valores diferentes durante a reação. 
Velocidade instantânea é o valor para o qual tende a velocidade média quando os intervalos de tempo vão se tornando cada vez menores. 
Pode ser calculada de acordo com a “Lei Cinética ou Equação de Velocidade”, proposta por Guldberg e Waage. 
Inibidores
Fatores que alteram as velocidades das reações
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	Velocidade instantânea
Os expoentes que constam na lei irão determinar a ordem da reação. 
Para uma reação genérica, temos:
 aA + bB <-> cC + dD
 V = K. [A]x . [B]y	
Em uma reação elementar, onde ocorre em uma única etapa, o expoente é o coeficiente dos reagentes.
 EXEMPLO:
 2CO + 1O2 -> 2CO2
 V = K . [CO]2 . [O2] 1
Inibidores
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 Velocidade da Reação
Alguns processos químicos ocorrem em várias etapas. As reações globais são as que ocorrem em mais de uma etapa. A velocidade desta reação depende da velocidade das etapas participantes. Quando isto acontecer, determina-se a velocidade da reação através da etapa lenta.
 EXEMPLO:
	Etapa 1 (lenta) C(gr) + ½ O2(g)  CO(g)
	Etapa 2 (rápida) CO(g) + ½ O2(g)  CO2(g)
	Reação global C(gr) + O2(g)  CO2(g) 
	Velocidade da reação : V = K . [C]1 . [O2] 1/2
Inibidores
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	Ordem da reação e molecularidade 
A ordem de uma reação química só pode ser determinada experimentalmente. A molecularidade representa o número mínimo de moléculas ou íons reagentes necessários para que ocorram colisões e a reação possa se processar em uma única etapa (elementar).
Os expoentes que estão na lei da velocidade podem determinar a ordem da reação. 
 aA + bB <-> cC + dD
 V = K. [A] . [B]
	Onde:
Inibidores
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	Ordem da reação e molecularidade
	 = ordem da reação em relação ao reagente A
	 = ordem da reação em relação ao reagente B
	 +  = ordem da reação
	a + b = molecularidade da reação (unimolecular, 	bimolecular, trimolecular ... )
	EXEMPLO:
	 aA + bB <-> Cc
	 2A + 1B <-> 3C 
	
Inibidores
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	Lei da velocidade: 
	V = K. [A]2 . [B]1
			
			2ª ordem 1ª ordem
	Ordem global da reação = 3ª ordem
	Molecularidade: 3  trimolecular
	A ordem da reação pode indicar o que acontece com a 	velocidade da reação quando é alterada a concentração 	dos reagentes.
Inibidores
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A ordem da reação pode indicar o que acontece com a 	velocidade da reação quando é alterada a concentração 	dos reagentes.
Ordem
O que acontece com a concentração
1ª
Igual
2ª
Duplica (quadrado)
3ª
Ao cubo
Fatores que alteram as velocidades das reações
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	EXERCÍCIO
	Seja a equação química:
	Etapa lenta 2NO2  NO3 + NO
	Etapa rápida NO3 + CO  NO2 + CO2
	Responda:
	a) A equação da velocidade:
	 V = K. [NO2]2 
	b) Ordem da reação:
		2ª ordem
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Fatores que alteram as velocidades das reações
EXERCÍCIO
c) O que acontece com a velocidade quando a concentração de NO2 é dobrada ?
 22 = 4 ( a velocidade aumenta 4 vezes)
d) O que acontece com a velocidade quando a concentração de CO é dobrada ?
Não acontece nada porque a concentração de CO não se altera. A sua ordem é zero.
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Fatores que alteram as velocidades das reações
ATKINS, Peter; JONES, Loretta. Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. 3 ed. Porto Alegre: Bookman, 2006.
FOGAÇA, Jennifer. Entalpia. Disponível em: <https://manualdaquimica.uol.com.br/fisico-quimica/entalpia.htm>. Acesso em 18/08/2018.
DIAS, D.L. Venenos e inibidores na Cinética Química. Disponível em:<https://manualdaquimica.uol.com.br/fisico-quimica/venenos-inibidores-na-cinetica-quimica.htm>. Acesso em: 19/08/2018.
"Catalisador e inibidores" em SóQ. Virtuous Tecnologia da Informação, 2008-2018. Disponível em: <https://www.soq.com.br/conteudos/em/cineticaquimica/p6.php>. Acesso em 06/08/2018.
Referências
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CINÉTICA E EQUILÍBRIO QUÍMICO APLICADOS AOS ESTUDOS DE CONTROLE DA QUALIDADE DAS ÁGUAS. Disponível em: <www.pha.poli.usp.br/LeArq.aspx?id_arq=1797>. Acesso em: 20/08/2018.
FOGAÇA, J.R.V. Cinética Química. Energia de Ativação e Complexo Ativado. Disponível em: <https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/energia-ativacao-complexo-ativado.htm>. Acesso em: 21/08/2018.
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Referências