Velocidade média de uma reação ( QUIMICA).

Prévia do material em texto

Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química
Ensino Médio, 2ª Série
CINÉTICA QUÍMICA
*
O que as imagens abaixo têm em comum?
*
Formação de cavernas...
Corrosão de metais por ferrugem...
Explosão de dinamites...
Queima do cigarro...
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Imagens: (a) Snoopy1974 / Public Domain, (b) U.S. Navy photo by Mass Communication Specialist 2nd Class Aaron Burden / Public Domain, (c)  Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic e (d) Andrew Magill /  Creative Commons Attribution 2.0 Generic.
O segredo é a velocidade!
	Para formar as estalactites e estalagmites de uma caverna, demora milhares (ou milhões) de anos; 
	A corrosão de um metal demora alguns meses (ou anos);
	 Um cigarro é consumido em cerca de 1 minuto;
	Uma dinamite explode instantaneamente.
*
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Cinética Química é...
	O estudo da velocidade das reações químicas!
	A velocidade média vm (ou rapidez) de uma reação química é...
	A relação entre o que foi consumido (ou formado) e o tempo transcorrido.
	Para a reação: aA + bB  cC + dD
	Temos, matematicamente:
	
*
Em termos de quantidade de matéria
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Atenção!
	Em aA + bB  cC + dD: a, b, c e d são os coeficientes estequiométricos da equação química balanceada;
	Na equação da velocidade média, o sinal negativo no 1º membro significa que o número de mols (quantidade de matéria) está diminuindo, ou seja, que o reagente está sendo consumido;
	Se não quisermos trabalhar com números negativos, podemos colocar o módulo matemático na equação:
*
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
E se...
	A situação problema fornecer os dados de concentração para reagentes e produtos, em vez da quantidade química (número de mols), utilizamos:
	Quisermos saber a relação entre as velocidades médias de reagentes e produtos, temos:
*
Relação entre velocidades
Em termos de quantidade de matéria
a, b, c, d = Coeficientes estequiométricos
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Podemos observar como variam as concentrações e a velocidade graficamente:
*
A concentração dos reagentes diminui com o tempo
A concentração dos produtos aumenta com o tempo
E a velocidade diminui 
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
[R]
tempo
tempo
tempo
I
II
III
velocidade
[P]
Teoria das Colisões
	Condições para ocorrência das reações:
afinidade entre os reagentes;
contato apropriado entre os reagentes.
*
Ocorre reação:
Não ocorre reação:
Complexo Ativado
Antes da reação
Após a reação
Antes da reação
Após a reação
Complexo Ativado
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
A velocidade das reações depende...
	da frequência dos choques;
	da energia (violência) dos choques  colisões eficazes;
	da orientação apropriada das moléculas.
*
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Químicac
X Y Z W
+
+
+
Geometria adequada para a 
formação Z e W
Geometria inadequada para a 
formação Z e W
*
Complexo Ativado
	Estado intermediário (de transição) entre reagentes e produtos.
	Reagentes  Complexo Ativado  Produtos
Reação do tipo:
A + B  C + D
EAB = Energia do Complexo Ativado
EA+B = Energia dos Reagentes
EC+D = Energia dos Produtos
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
+
+
A B AB C D
+
+
energia de 
ativação
reagentes 	 complexo 	 produtos
energia de 
formação
EAB
EA+B
EC+D
*
Energia de Ativação (Ea)
	Energia mínima necessária que os reagentes devem ter para a formação do complexo ativado.
Energia de Ativação = Barreira
Podemos entender a energia de ativação como uma barreira que os reagentes devem ultrapassar para chegar no complexo ativado!
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Energia (kcal/mol)
Complexo ativado
Caminho da reação
Reagentes
Texto muito similar ao encontrado em diversos sites na internet. Contudo, não pode ser considerado plágio por não haver formas muito diferentes de expressar os conceitos envolvidos.
Como varia a Energia de Ativação com a Velocidade?
*
Reação endotérmica
Ea = ECA - EReag
Ea = Energia de ativação
ECA = E2 = Energia do complexo ativado
EReag = E1 = Energia dos reagentes
Quanto maior a Ea, menor será a velocidade
Reação exotérmica
Ea Sempre será POSITIVA! (Ea >0)
b = Ea
c = H
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Energia (kcal/mol)
Complexo ativado
Caminho da reação
Reagentes
Produto
c
E2
E3
E1
b
Energia (kcal/mol)
Complexo ativado
Caminho da reação
Reagentes
Produto
c
b
E2
E3
E1
Atividade Experimental – Decomposição da Água Oxigenada
	Recipiente A: água oxigenada apenas
	Recipiente B: água oxigenada com batata inglesa
	Recipiente C: água oxigenada com iodeto de potássio (KI)
	Dica 1: Preencha os recipientes com o mesmo volume de água oxigenada.
	Dica 2: Tente adicionar a batata inglesa e o iodeto de potássio no mesmo instante.
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Questões para discussão
01. Descreva o que fora observado nos recipientes A, B e C.
02. Em algum recipiente há desprendimento de gás? Qual (quais)?
03. Se mais de um recipiente desprende gás, em qual haverá maior desprendimento num tempo de 20 segundos, por exemplo?
04. Se houve desprendimento de algum gás, temos como descobrir que gás foi formado? Descreva um teste simples.
05. Tocando os recipientes A, B e C (por fora), o que podemos dizer sobre a energia (entalpia) envolvida no processo?
06. Para que servem a batata inglesa e o KI nos recipientes B e C, respectivamente?
07. Escreva a equação química balanceada para a decomposição da água oxigenada.
08. A decomposição da água oxigenada é uma reação endotérmica ou exotérmica? 
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Atividade Experimental – Análise com comprimido efervescente
	Recipiente A: Água morna com um pedaço de Sonrisal
	Recipiente B: Água gelada com um pedaço de Sonrisal
	Recipiente C: Água normal com um Sonrisal inteiro
	Recipiente D: Água normal com um Sonrisal triturado
	Dica 1: Tente colocar volumes iguais nos recipientes.
	Dica 2: Para diminuir o número de comprimidos efervescentes, pode-se cortá-los ao meio e medir suas massas numa balança de precisão.
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Atividade Experimental – Análise com comprimido efervescente
01. Considerando os recipientes A e B, onde o Sonrisal se desfez mais rapidamente? Por quê?
02. Entre os recipientes C e D, onde o Sonrisal se desfez mais rapidamente? Por quê?
03. Nos recipientes observados, houve desprendimento de gases? Se houve, é possível afirmar qual gás foi formado?
04. Descreva uma maneira de confirmar o desprendimento do gás eventualmente formado.
05. Investigando a composição química do Sonrisal, descreva a equação química do processo ocorrido nos recipientes.
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Fatores que influenciam a velocidade de uma reação química
Aumento da Concentração
Por que abanamos o fogo?
Num churrasco (ou numa situação como a da figura ao lado), ao abanarmos o fogo, aumentamos a concentração de gás oxigênio (O2) disponível para ser queimado.
Consequentemente, a velocidade da reação aumentará, fazendo com que a labareda aumente!
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Imagem: Hedwig Storch /  Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
Fatores que influenciam a velocidade de uma reação química
Temperatura
Para que serve a geladeira?
Colocamos alimentos na geladeira para conservá-los. A baixa temperatura da geladeira diminui a velocidade das reações químicas responsáveis por apodrecer alimentos, como carnes e legumes
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Imagem:  W.J.Pilsak at de.wikipedia / GNU Free Documentation License.
Fatores que influenciam a velocidade de uma reação química
Superfície de contato
Quer cozinhar batatas mais rapidamente?
Se colocarmos as batatas em pequenos pedaços para cozinhar, economizaremos gás de cozinha.
Ao fatiarmos a batata, aumentamos seu contato com a água quente, fazendo com quecozinhe mais rapidamente!
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Imagem:Tilmann at the German language Wikipedia / GNU Free Documentation License.
O que é catalisador químico?
*
Tioglicolato de Amônio
Afinal, pra que serve mesmo o tal tioglicolato de amônio?
Informação retirada de um site de venda do produto
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Catalisador Tângara Químico
Desenvolvido para acelerar as reações químicas a base de Tioglicolato de Amônio
Benefícios: Acelera as reações químicas a base de Tioglicolato de Amônio em cabelos naturas, coloridos ou descoloridos. Tioglicolato de Amõnio – Ativo destinado a aceleração da ação redutora nos processos com Tioglicolato de Amônio.
Imagem: Rune.welsh at the wikipedia project / Public Domain.
Imagem: Hmwith / GNU Free Documentation License
Diz no slide que a informação foi retirada de um site de venda do produto mas não referencia adequadamente.
O que é catalisador químico?
	Catalisadores são substâncias que aumentam a velocidade das reações químicas, sem serem efetivamente consumidos.
	Atenção: Os catalisadores podem ser regenerados após a reação ocorrer.
	Catalisadores fazem parte de nossa vida, como no caso das colas Epóxi, em que uma das massas é o catalisador – que acelera o endurecimento da cola.
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Imagem: Dzhang2680 /  Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
Por que tais Fatores influenciam a velocidade?
	Explicações baseadas no princípio:
Quanto maior o número de colisões  Maior a velocidade
1. Temperatura (T)
	Quanto maior a temperatura  Maior a agitação  Maior o número de choques  Maior velocidade.
2. Superfície de contato (SC)
	Quanto maior a SC  Maior o número de choques  Maior velocidade.
*
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Por que tais Fatores influenciam a velocidade?
3. Concentração dos reagentes
	Quanto maior a concentração dos reagentes  maior número de choques  Maior velocidade.
4. Catalisador
	Aumenta a velocidade das reações, diminuindo a energia de ativação.
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Como atua o catalisador?
Enzimas são catalisadores naturais
Fique Atento!
Inibidores são substâncias que diminuem a velocidade das reações!
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Energia de ativação sem enzima
Energia total liberada na reação (H)
Coordenada de reação
Maior Energia de Ativação!
Menor Energia de Ativação!
Energia
Sem enzima
Energia de 
ativação 
com enzima
Coordenada de reação
com 
enzima
Reagentes
e.g. C5 H12 O6 + O2
Produtos
 CO2 + H2O
Mecanismo de Reação
	Sequência em que ocorre uma reação química  Conjunto de etapas;
	Mecanismo é o conjunto das reações elementares (etapas);
	Reação elementar  Reação que ocorre numa só etapa.
	Somatório das reações elementares = Reação global
	Etapa lenta  Determina a lei de velocidade
*
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Lei de Velocidade
	A velocidade das reações é proporcional às concentrações dos reagentes:
aA + bB  cC + dD
	x, y = Ordens da reação.  Expoentes Experimentais;
	x + y = Ordem global da reação.
*
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Fique Atento!
	Nas reações elementares, os expoentes x e y são iguais aos coeficientes estequiométricos (a e b):
	Molecularidade é o número de moléculas que se chocam em cada reação elementar.
	Em reações com mais de uma etapa (com mecanismo), sempre haverá uma etapa lenta e ela determinará a Lei de Velocidade:
	Os expoentes x e y serão iguais aos coeficientes estequiométricos dos reagentes na etapa lenta.
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Encontrada alguma similaridade em diversos textos disponíveis na internet, mas não pode ser considerado plágio em virtude da pouca possibilidade em expressar os conceitos envolvidos de maneiras diferentes.
Só pra ilustrar a complexidade de Mecanismo
*
Em Química Orgânica, usamos mecanismos complexos para explicar a ocorrência de uma reação química.
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
+
+
+
 O	 	 O			OH	
 PBr3
CH3CH2 C OH 		CH3CH2 C Br 	CH3CH C Br
				
						 Br Br	
 O	 	 O			OH	
 H2O			 -H	
CH3CH2 C OH 		CH3CH2 C Br 	CH3CH C Br + Br
 					 H
 Br Br			 Br 
Chuva Ácida
*
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Imagens: (a) Gentle / GNU Free Documentation License, (b) Thegreenj / GNU Free Documentation License.
Peixes morrem pela alteração do pH dos rios...
Esculturas se degradam mais rapidamente...
Chuva Ácida
*
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Imagem: (c) Gavin Schaefer (Uxud) / GNU Free Documentation License.
N2 + 2O2 + H2O  HNO3 + HNO2 (Nitrogênio)
2SO2 + O2 + 2H2O  2H2SO4 (Enxofre)
A poluição de fábricas e veículos reage com o vapor de água das nuvens para formar os ácidos.
SO2 
Dióxido de enxofre
NO e NO2 
Óxidos de nitrogênio
A química da chuva
Formação de Chuva Ácida
Com Nitrogênio:
N2(g)+ O2(g)  2NO(g) 
2NO(g) + O2  2NO2(g) (Etapa Lenta) 
2NO2(g) + H2O(l)  HNO3(aq) + HNO2(aq)
	Reação global:
N2(g) + 2O2(g) + H2O(l)  HNO3(g) + HNO2(g)
	Lei de Velocidade:
*
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Formação de Chuva Ácida
Com Enxofre:
2SO2(g) + O2  2SO3(g) (Etapa Lenta) 
SO3(g) + H2O(l)  H2SO4(aq)
	Reação global:
2SO2(g) + O2(g) + 2H2O(l)  2H2SO4(aq)
	Lei de Velocidade:
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Tabela de Imagens
	Slide	Autoria / Licença	Link da Fonte	Data do Acesso
	 	 	 	 
	2a	(a) Snoopy1974 / Public Domain.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Corrosion_r44.JPG	29/03/2012
	2b	(b) U.S. Navy photo by Mass Communication Specialist 2nd Class Aaron Burden / Public Domain.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:US_Navy_090422-N-7130B-318_A_fireball_erupts_as_dynamite_and_TNT_are_used_to_clear_boulders.jpg	29/03/2012
	2c	(c)  Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic Creative Commons Attribution 2.0 Generic.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nerja_cave.jpg	29/03/2012
	2d	(d) Andrew Magill /  Creative Commons Attribution 2.0 Generic. 	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cigarette_ash.jpg	29/03/2012
	17	Hedwig Storch /  Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. 	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Barbecue_DSCF0013.JPG	30/03/2012
	18	W.J.Pilsak at de.wikipedia / GNU Free Documentation License. 	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kuehlschrank.jpg	30/03/2012
	19	Tilmann at the German language Wikipedia / GNU Free Documentation License. 	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kartoffeln_der_Sorte_Marabel.JPG	30/03/2012
	20a	Hmwith / GNU Free Documentation License 	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hair_straightening_before_and_after.jpg	30/03/2012
	20b	Rune.welsh at the wikipedia project / Public Domain. 	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ammonium_thioglycolate.png	30/03/2012
	21	Dzhang2680 /  Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. 	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Epoxy.jpg	30/03/2012
Tabela de Imagens
	Slide	Autoria / Licença	Link da Fonte	Data do Acesso
	 	 	 	 
	29a	(a) Gentle / GNU Free Documentation License.	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dead_Fishes_on_the_shores_of_Salton_City.jpg	30/03/2012
	29b	(c) Thegreenj / GNU Free Documentation License. 	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Darkcupid.jpg	30/03/2012
	30	(c) Gavin Schaefer (Uxud) / GNU Free Documentation License. 	http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Heavy_night_industrial_light_pollution.jpg	30/03/2012
t
n
t
n
v
PROD
REAG
m
D
D
=
D
D
-
=
t
n
t
n
v
PROD
REAG
m
D
D
=
D
D
=
t
D
t
C
t
B
t
A
v
m
D
D
=
D
D
=
D
D
=
D
D
=
]
[
]
[
]
[
]
[
d
v
c
v
b
v
a
v
D
C
B
A
m
m
m
m
=
=
=
y
x
B
A
k
v
]
[
]
[
=
b
a
B
A
k
v
]
[
]
[
=
1
2
2
]
[
]
[
O
NO
k
v
=
1
2
2
2
]
[
]
[
O
SO
k
v
=