CINÉTICA QUÍMICA

Prévia do material em texto

CINÉTICA QUÍMICA
1
INTRODUÇAO
Verificamos em nosso dia-a-dia que há reações químicas mais lentas e outras mais rápidas.
2
INTRODUÇÃO
Às vezes nos interessa acelerar uma reação. Por exemplo:
panela de pressão, que acelera o cozimento dos alimentos;
gesso ortopédico, cuja secagem é rápida;
airbag, que infla por meio de uma reação química praticamente instantânea.
Outras vezes, nos interessa desacelerar uma reação. Por exemplo: 
usar a geladeira e/ou o freezer para retardar a decomposição dos alimentos ou medicamentos;
retardar a ferrugem utilizando-se produtos químicos e tintas especiais;
combater uma febre alta (que envolve aceleração do metabolismo orgânico) por meio de medicamentos específicos.
3
INTRODUÇÃO
Frequentemente precisamos obter uma velocidade de reação que não seja nem muito rápida nem muito lenta. Por exemplo:
não queremos que a gasolina pegue fogo sozinha (pois seria um desastre), mas queremos uma queima “vigorosa” no motor do automóvel, para melhorar seu desempenho;
nas fábricas de vinho, é interessante que a fermentação do suco de uva seja lenta, produzindo um vinho de melhor paladar; no entanto não deve ser lenta demais para não atrasar a produção e causar prejuízos ao fabricante.
4
CONCEITO DE VELOCIDADE MÉDIA
Em Química o conceito é semelhante. Medir a velocidade de uma reação significa medir a quantidade de reagente que desaparece ou a quantidade de produto que se forma, por unidade de tempo.
Por exemplo, seja a equação:
Velocidade média de uma reação química é o quociente da variação da molaridade de um dos reagentes (ou produtos) da reação pelo intervalo de tempo em que essa variação ocorre.
5
CONCEITO DE VELOCIDADE MÉDIA
Podemos dizer que a velocidade média dessa reação, em relação ao NH3, é:
6
CONCEITO DE VELOCIDADE MÉDIA
Vamos agora considerar, por exemplo, que a reação nos forneça os seguintes resultados, sob determinadas condições experimentais:
	Tempo de reação (min)	 Variação de concentração (mol.L-1)
	0	0
	5	20,0
	10	32,5
	15	40,0
	20	43,5
7
A VELOCIDADE E A ESTEQUIOMETRIA DAS REAÇÕES
Em Química ocorre algo semelhante. Para evitar confusões que costumam acontecer em certos tipos de problemas, devemos ajustar a fórmula da velocidade média das reações. 
Para tanto, voltemos à reação: . 
Analisando as duas primeiras linhas da tabela do slide anterior, concluímos que, nos primeiros 5 minutos, essa reação produziu 20 mol/L de NH3 — quantidade esta que, pelos cálculos já apresentados, corresponde a uma velocidade média de 4,0 mol/L de NH3 por minuto. 
Acontece que o NH3 é produzido a partir de N2 e de H2. Desse modo, de acordo com a estequiometria da equação, temos:
8
A VELOCIDADE E A ESTEQUIOMETRIA DAS REAÇÕES
Sendo assim, naqueles 5 minutos iniciais da reação, teríamos as seguintes velocidades médias:
em relação ao N2: 
em relação ao H2: 
em relação ao NH3: 
9
A VELOCIDADE E A ESTEQUIOMETRIA DAS REAÇÕES
Para evitar essa confusão — isto é, para obtermos um resultado único que expresse a velocidade média da reação —, convencionou-se dividir cada um desses valores pelo coeficiente estequiométrico da substância na equação química considerada. Com isso, os valores da velocidade média passam a ser:
em relação ao N2: 
em relação ao H2: 
em relação ao NH3: 
10
A VELOCIDADE E A ESTEQUIOMETRIA DAS REAÇÕES
Outro ajuste na fórmula da velocidade média de uma reação resulta do seguinte fato: à medida que a reação vai se processando, a concentração do produto — NH3 — vai aumentando; consequentemente, Δ[NH3] será uma variação positiva, assim como a própria vm. 
Pelo contrário, a concentração de cada um dos reagentes — [N2] e [H2] — diminui com o tempo; consequentemente, as variações Δ[N2] e Δ[H2] serão negativas, bem como a vm relacionada ao N2 e a vm relativa ao H2. 
Para evitar que isso aconteça, convencionou-se trocar o sinal algébrico dos valores relativos aos reagentes. Desse modo, a velocidade média da reação é melhor definida pelas igualdades:
11
CONCEITOS DE VELOCIDADE INSTANTÂNEA
A distância entre as cidades de São Paulo e Campinas pela Rodovia dos Bandeirantes é de 100 km. 
Se numa viagem de carro tivermos demorado 1 hora para ir de uma cidade a outra, podemos dizer que nossa velocidade média foi de 100 km/h. 
No entanto, se um computador ligado ao velocímetro do carro construísse um gráfico mostrando a velocidade a cada instante, um dos aspectos prováveis desse gráfico seria o seguinte:
12
CONCEITOS DE VELOCIDADE INSTANTÂNEA
13
CONCEITOS DE VELOCIDADE INSTANTÂNEA
Nas reações químicas, a velocidade a cada instante (velocidade instantânea) também é diferente da velocidade média. 
No entanto, se os intervalos de tempo (Δt ) usados na medida da velocidade média forem se tornando cada vez menores, a velocidade média tenderá a assumir valores cada vez mais próximos da velocidade em um dado instante. 
Desse fato, vem a definição:
Velocidade da reação em um dado instante (ou velocidade instantânea) é o valor para o qual tende a velocidade média quando os intervalos de tempo vão se tornando cada vez menores.
14
CONCEITOS DE VELOCIDADE INSTANTÂNEA
Para um automóvel, a velocidade média é um cálculo matemático, que é a divisão da distância pelo tempo gasto em percorrê-la; a velocidade instantânea, porém, é lida diretamente no velocímetro.
Também na cinética química existem aparelhos que funcionam como “velocímetros”, medindo a velocidade da reação a cada instante.
De agora em diante, falaremos sempre em velocidade instantânea das reações. De modo geral, ela diminui com o tempo, conforme o gráfico ao lado.
15
CINÉTICA QUÍMICA
O estudo da cinética química é muito importante, principalmente para as indústrias químicas. 
Afinal, acelerando-se as reações, reduz-se o tempo gasto com a produção, tornando os processos químicos mais econômicos e os produtos finais mais competitivos no mercado.
Cinética química é o estudo da velocidade das reações químicas e dos fatores que influem nessa velocidade.
16
EXERCÍCIOS
(FAAP-SP) Num dado meio onde ocorre a reação observou-se a seguinte variação na concentração de N2O5 em função do tempo:
Calcule a velocidade média da reação no intervalo de 3 a 5 min.
	N2O5 (mol/L.min)	0,233	0,200	0,180	0,165	0,155
	Tempo	0	180	300	540	840
17
EXERCÍCIOS
(FMIT-MG) Numa reação completa de combustão, foi consumido, em 5 minutos, 0,25 mol de metano, que foi transformado em . A velocidade da reação será:
a) 0,8 mol/min
b) 0,4 mol/min
c) 0,05 mol/min
d) 0,6 mol/min
e) 0,3 mol/min
18
EXERCÍCIOS
(PUC-RJ) A amônia é um produto básico para a produção de fertilizantes. Ela é produzida cataliticamente, em altas pressões (processo Haber), conforme a equação:
Se a velocidade de produção de amônia foi medida como:
a velocidade da reação em termos de consumo de N2 será:
 
 
 
19