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1 Cinética Química Prof. Éderson e Horacimone Química OBJETIVOS �COMPREENDER OS CONCEITOS RELACIONADOS COM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES; �CALCULAR A VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO A PARTIR DO CONHECIMENTO DA CONSTANTE DE VELOCIDADE E DAS CONCENTRAÇÕES DE REAGENTES; �ESTABELECER UMA RELAÇÃO ENTRE A UTILIDADE E APLICAÇÃO DAS VELOCIDADES CINÉTICAS NAS REAÇÕES EM SEU COTIDIANO; �FORMAR UM ALUNO COM SENSO-CRÍTICO E PARTICIPATIVO QUANTO AO CONCEITO DE VELOCIDADE DE REAÇÃO. 2 Cinética Química A cinética química estuda a velocidade na qual as reações químicas ocorrem. Velocidade de reação: “Variação na concentração dos reagentes ou dos produtos por unidade de tempo” Cinética Química tempo O que podemos observar? No decorrer do tempo as concentrações dos “reagentes” diminuem, e as concentrações dos produtos aumentam. Isto ocorrem porque os reagentes são“consumidos” e os produtos são formados. 3 Cinética Química A cinética química é a parte da química que estuda a velocidade das reações bem como os fatores que a influenciam. Fatores que afetam a velocidade das reações químicas: – Concentração dos reagentes; – Área superficial dos reagentes (superfície de contato); – Temperatura; – Presença de catalisadores. As garrafas de vinho são fechadas com rolha e lacre. Porquê? O lacre nas rolhas das garrafas de vinho, isola mais o vinho do contato com o ar, que o iria oxidar mais rapidamente. CONCENTRAÇÃO DE REAGENTES 4 Quando temos que acender uma fogueira porque é que não usamos os troncos maiores e mais grossos? Numa fogueira, os troncos mais grossos demoram mais tempo para queimar. Quanto menores forem os troncos mais depressa queimam! SUPERFÍCIE DE CONTATO EFEITO DA TEMPERATURA NA VELOCIDADE DE REAÇÃO Para a maioria das reações, a velocidade aumenta com um aumento da temperatura. 5 EFEITO DA TEMPERATURA NA VELOCIDADE DE REAÇÃO TEORIA DAS COLISÕES DE ARRHENIUS �Modelo que explica o aumento da velocidade das reações com o aumento da temperatura considerando que, as moléculas para reagirem têm que colidir umas com as outras. �Contudo, nem todas as colisões resultam na formação de produtos, só uma pequena parte delas vai resultar na ocorrência da reação, dependendo de dois fatores: 1. Fator de orientação 2. Energia cinética FATOR DE ORIENTAÇÃO �Para que uma reação aconteça, é necessário que as moléculas dos reagentes colidam com a orientação correta. Colisão efetiva Colisão menos efetiva 6 Energia de ativação � Tal como uma bola não consegue alcançar o topo de uma colina se não rolar com energia suficiente até à colina; uma reação não ocorre se as moléculas não possuírem energia suficiente para ultrapassar a barreira da energia de ativação. Energia de ativação � Segundo a teoria das colisões postula-se que, para que possam reagir, as moléculas que colidem têm de possuir uma energia cinética total maior ou igual do que a energia de ativação (Ea). É a energia mínima necessária para que se inicie uma dada reação. 7 CATALISADOR Um catalisador é uma substância que aumenta a velocidade de uma reação química, sem ser consumido durante essa reação. �Um catalisador aumenta a velocidade de uma reação por diminuir a sua energia de ativação. uncatalyzed catalyzed Velocidadereação catalisada > Velocidadereação não catalisada Complexo ativado: é a espécie formada transitoriamente pelas moléculas de reagentes, como resultado da colisão, antes da formação do (s) produto (s) finais (são os compostos intermediários). A+ B →→→→ C + D 8 Como é que antigamente se conservavam os alimentos se não existiam frigoríficos? A salga foi um dos primeiros processos de conservar os alimentos, nomeadamente peixe e carne. O sal funciona como inibidor – diminui a velocidade de reação. INIBIDOR DE REAÇÃO A velocidade de uma reação pode ser: A) lenta B) rápida C) moderada. 9 Rápida A queima da serragem Moderada A queima de uma vela Queima de madeira Lenta Lenta • A formação da ferrugem ( na umidade ) A formação do petróleo Lenta 10 REAGENTES PRODUTOS SÃO CONSUMIDOS SÃO FORMADOS CONCENTRAÇÕES SOFRERÃO TRANSFORMAÇÃO Suas concentrações diminuem Suas concentrações aumentam Cinética Química Velocidade de reação: “Determina-se medindo a diminuição da concentração dos reagentes ou o aumento da concentração dos produtos” Ex: Para a reação: A →→→→ B Onde: A = reagente; B= produto [ ] [ ] ∆t B∆ ∆t A∆ médiaVelocidade =−= 11 Cinética Química Ex: Para a reação: A →→→→ B Onde: A = reagente (esferas pretas); B= produto (esferas vermelhas) [ ] [ ] ∆t B∆ ∆t A∆ médiaVelocidade =−= tempo Cálculo da velocidade média de uma reação: Atividade 1: � Para t = 0 (início da reação) há 1,00 mol de A (100 esferas pretas) e B não está presente. Para t = 20 min, existem 0,54 mol de A e 0,46 mol de B. � Para t = 40 min, existem 0,20 mol de A e 0,80 mol de B. � A velocidade média da reação depois de 40 min será: [ ] [ ] ∆t B∆ ∆t A∆ médiaVelocidade =−= mol/min0,20 40 0)-(0,80 40 1,00)-(0,20 médiaVelocidade ==−= A velocidade média diminui com o tempo 12 Atividade 2: Para a reação: 2SO2 + O2 2SO3, foram obtidos os resultados mostrados na tabela a seguir: Tempo de reação (min.) Massa de SO3 formado (g) 10 30 20 45 30 50 40 52 Com base nesses dados, calcule a velocidade média, nos intervalos. A) De 10 a 20 min. Vm = t m Mf-Mi Tf-Ti Vm = 20-10 45-30 Vm=1,5g/min. 13 B) De 10 a 30 min. Vm = t m Vm = 30-10 50-30 Vm=1,0g/min. C) De 20 a 30 min. Vm = t m Vm = 30-20 50-45 Vm=0,5g/min. D) De 10 a 40 min. Vm = t m Vm = 40-10 52-30 Vm=0,73g/min. E) De 30 a 40 min. Vm = t m Vm = 40-30 52-50 Vm=0,2g/min. 14 Para a reação:A + B C A) De 0s a 2s ( R=4g/s ) B) De 0s a 4s ( R=3,5g/s ) C) De 2s a 4s ( R=3g/s ) D) De 4s a 6s ( R=1g/s ) Tempo(s) Massa de “A” presente(g) 0 25 2 17 4 11 6 9 ESTEQUIOMETRIA E VELOCIDADE DE REAÇÃO Consideremos a seguinte reação: 2 A → B �Consomem-se dois mol de A por cada mol de B que se forma, ou seja, a velocidade com que A se consome é o dobro da velocidade de formação de B. Escrevemos a velocidade da reação como: No caso geral, para a reação: aA + bB → cC + dD A velocidade é dada por: t A velocidade ∆ ∆ −= ][ 2 1 t B velocidade ∆ ∆ = ][ ou t D dt C ct B bt A a velocidade ∆ ∆ = ∆ ∆ = ∆ ∆ −= ∆ ∆ −= ][1][1][1][1 15 �Verifica-se que: a) quando a [NH4+] duplica, mantendo a [NO2-] constante, a velocidade duplica; b) quando a [NO2-] duplica mantendo a [NH4+] constante, a velocidade também duplica; Logo, v ∝∝∝∝ [NH4+][NO2-] Equação de velocidade ou Lei cinética da reação: onde k é a constante de velocidade da reação. Na reação: NH4+ (aq) + NO2- (aq) →→→→ N2 (g) + 2 H2O (ℓ) ]NO][NH[v 24 −+= k EQUAÇÃO DE VELOCIDADE OU LEI CINÉTICA DE UMA REAÇÃO CONSTANTE DE VELOCIDADE (k) É a variação da concentração do reagente ou produto na unidade de tempo, em uma reação na qual todos os reagentes encontram-se em concentração unitária. Por esse motivo, k também é chamada de velocidade específica de reação Para uma dada temperatura, a relação de k com as concentrações dos reagentes é dada por uma equação que se chama LEI DA VELOCIDADE ou EQUAÇÃO DA VELOCIDADE 16 ORDEM DE REAÇÃO � Consideremos a reação geral: xA + yB wC + zD A equação da velocidade assume a forma: Velocidade = k[A]x[B]y x,y,k – determinados experimentalmente; x e y – ordem de uma reação; x é a ordem de A e y é a ordem de B. 1. A reação tem ordem global x+y: Chama-se ordem de uma reação (ordem global) à soma dos valores das potências as quais as concentrações de reagentes se encontram elevadas na equação cinética da reação. 2. Uma reação pode ser de ordem zero, 1ª ordem, 2ª ordem, etc. ORDEM DE REAÇÃO �Uma reação é de: 1. ordem zero em relação a um reagente se a alteração da concentração desse reagente não causa alteração à sua velocidade. 2. primeira ordem em relação a um reagente se ao duplicar a concentração, a velocidade da reação duplica. 3. ordemn em relação a um reagente se ao duplicar a concentração, a velocidade da reação duplicar de 2n . 17 FIM
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