CINÉTICA QUÍMICA ESTUDO DA VELOCIDADE DAS REAÇÕES E DOS FATORES QUE INTERFEREM NESSA VELOCIDADE.

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1 CINÉTICA QUÍMICA ESTUDO DA VELOCIDADE DAS REAÇÕES E DOS FATORES QUE INTERFEREM NESSA VELOCIDADE.

2 VELOCIDADE MÉDIA É CALCULADA EM FUNÇÃO DE UMA DAS SUBSTÂNCIAS PARTICIPANTES DA REAÇÃO. RAZÃO ENTRE A QUANTIDADE CONSUMIDA OU PRODUZIDA E O INTERVALO DE TEMPO. A QUANTIDADE PODE SER EXPRESSA DE VÁRIAS FORMAS: MASSA, VOLUME (GASES), CONCENTRAÇÃO MOLAR, ETC. vm = consumo de reagente / variação do tempo vm = formação de produto / variação do tempo

3 QUESTÃO Considere a reação genérica aA + bB  cC + dD, associada à seguinte tabela: Determine a velocidade média da reação em função de A no intervalo entre 5min e 20min. tempo (min) 0510152025 [A]/mol/L8,57,05,54,02,51,0 [C]/mol/L00,51,01,52,02,5

4 RESOLUÇÃO vm =  [A]/  t vm = 2,5 – 7,0 / 20 – 5 vm = - 4,5 / 15 vm = - 0,3mol/L.min

5 VELOCIDADE MÉDIA DA REAÇÃO É O MÓDULO DA VELOCIDADE DE CONSUMO DOS REAGENTES (OU DE FORMAÇÃO DOS PRODUTOS), DIVIDIDO PELO RESPECTIVO COEFICIENTE DA SUBSTÂNCIA NA EQUAÇÃO. v mR = I v mreagente I / coeficiente v mR = I v mproduto I / coeficiente

6 QUESTÃO Considere a reação N 2(g) + 3H 2(g)  2NH 3(g). Expresse a velocidade média da reação, fazendo uso de cada uma das três substâncias.

7 RESOLUÇÃO v mR = I vN 2 I / 1 v mR = I vH 2 I / 3 v mR = I vNH 3 I / 2 Lembrete: a velocidade encontrada através de qualquer uma das três expressões terá o mesmo valor.

8 GRÁFICO DA VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO

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10 TEORIA DAS COLISÕES CHOQUES ENTRE AS PARTÍCULAS REAGENTES. CHOQUES ORIENTADOS. CHOQUES EFETIVOS.

11 TEORIA DAS COLISÕES

12 ENERGIA DE ATIVAÇÃO E COMPLEXO ATIVADO ENERGIA DE ATIVAÇÃO: QUANTIDADE MÍNIMA DE ENERGIA NECESSÁRIA PARA QUE A COLISÃO ENTRE AS PARTÍCULAS DOS REAGENTES, FEITA NUMA ORIENTAÇÃO FAVORÁVEL, SEJA EFETIVA. A ENERGIA DE ATIVAÇÃO É INVERSAMENTE PROPORCIONAL À VELOCIDADE DA REAÇÃO COMPLEXO ATIVADO: É UMA ESTRUTURA INTERMEDIÁRIA ENTRE REAGENTES E PRODUTOS, DOTADA DE ALTA ENERGIA E ALTA INSTABILIDADE.

13 ENERGIA DE ATIVAÇÃO E COMPLEXO ATIVADO

14 INFLUÊNCIA NA VELOCIDADE NATUREZA DOS REAGENTES SUPERFÍCIE DE CONTATO LUZ E ELETRICIDADE CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES PRESSÃO TEMPERATURA CATALISADORES E INIBIDORES

15 NATUREZA DOS REAGENTES CADEIAS LONGAS E GRANDE QUANTIDADE DE LIGAÇÕES DIMINUEM A VELOCIDADE DA REAÇÃO. COMPOSTOS ORGÂNICOS – REAÇÕES MAIS LENTAS. COMPOSTOS INORGÂNICOS – REAÇÕES MAIS RÁPIDAS.

16 SUPERFÍCIE DE CONTATO QUANTO MAIOR A SUPERFÍCIE DE CONTATO DOS REAGENTES, MAIOR A VELOCIDADE DA REAÇÃO. VELOCIDADE DE REAÇÃO DOS MATERIAIS PULVERIZADOS PREVALECE SOBRE DE MATERIAIS INTEIROS.

17 LUZ E ELETRICIDADE REAÇÕES FOTOQUÍMICAS (COM REAGENTE FOTOQUÍMICO ATIVO) FOTÓLISES FOTOSSÍNTESES

18 CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES QUANTO MAIOR A CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES, MAIOR A PROBABILIDADE DE COLISÕES. MAIOR VELOCIDADE DA REAÇÃO.

19 CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES

20 PRESSÃO IMPLICA EM DIMINUIÇÃO DO VOLUME DO SISTEMA, AUMENTANDO A PROBABILIDADE DE CHOQUES. MAIOR VELOCIDADE DA REAÇÃO.

21 PRESSÃO

22 TEMPERATURA MEDIDA DO GRAU DE AGITAÇÃO DAS PARTÍCULAS. MAIOR TEMPERAUTA IMPLICA EM MAIOR GRAU DE AGITAÇÃO. MAIOR VELOCIDADE DA REAÇÃO.

23 CATALISADORES SUBSTÂNCIAS QUE DIMINUEM A ENERGIA DE ATIVAÇÃO DO SISTEMA. AUMENTAM A VELOCIDADE DA REAÇÃO. NÃO REAGEM. NÃO DESLOCAM O EQUILÍBRIO. NÃO SÃO CONSUMIDAS PELA REAÇÃO.

24 CATALISADORES

25 CATÁLISE HOMOGÊNEA: CATALISADOR E REAGENTES FORMAM UM SISTEMA MONOFÁSICO. HETEROGÊNEA: CATALISADOR E REAGENTES FORMAM UM SISTEMA POLIFÁSICO. AUTO-CATÁLISE: UM DOS PRODUTOS DA REAÇÃO AGE COMO CATALISADOR.

26 CATALISADOR AUTOMOTIVO

27 INIBIDORES AUMENTAM A ENERGIA DE ATIVAÇÃO, DIMINUINDO A VELOCIDADE DA REAÇÃO.

28 LEI DA AÇÃO DAS MASSAS A CADA TEMPERATURA, A VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO É DIRETAMENTE PROPORCIONAL AO PRODUTO (MULTIPLICAÇÃO) DAS CONCENTRAÇÕES EM QUANTIDADE DE MATÉRIA, ELEVADAS A EXPOENTES DETERMINADOS EXPERIMENTALMENTE. aA + bB → cC + dD v = k [A] a [B] b k é uma constante que só depende da temperatura. SÓLIDOS E/OU SOLVENTES NÃO ENTRAM NA EXPRESSÃO DE VELOCIDADE. [ ] = CONCENTRAÇÃO MOLAR (mol/L)

29 TIPOS DE REAÇÕES ELEMENTAR: OCORRE EM UMA ÚNICA ETAPA. H 3 O + (aq) + OH - (aq) → 2H 2 O (l) v = k[H 3 O + ][OH - ] NÃO-ELEMENTAR: DESENVOLVE-SE EM DUAS OU MAIS ETAPAS. A ETAPA LENTA É DETERMINANTE DA VELOCIDADE DA REAÇÃO. H 2(g) + 2NO (g) → N 2 O (g) + H 2 O (l) (lenta) H 2(g) + N 2 O (g) → N 2(g) + H 2 O (l) (rápida) ------------------------------------------------------- 2H 2(g) + 2NO (g) → N 2(g) + 2H 2 O (l) v = k[H 2 ][NO] 2

30 GRÁFICO – REAÇÃO NÃO ELEMENTAR

31 ORDEM DE UMA REAÇÃO SOMA DE TODOS OS EXPOENTES QUE APARECEM NA EXPRESSÃO DA VELOCIDADE DA REAÇÃO. v = k[A] a [B] b [C] c... ORDEM = a + b + c +... ORDEM EM RELAÇÃO AO REAGENTE: EXPOENTE DO PRÓPRIO REAGENTE.

32 DESCOBERTA DOS EXPOENTES DIVIDIR AS VELOCIDADES EXPERIMENTAIS, A FIM DE OBTER OS COEFICIENTES. MONTAR A LEI CINÉTICA.

33 EXEMPLO Dada a reação química genérica a seguir, determine a lei cinética da reação. aA + bB + cC → dD + eE + fF.

34 RESOLUÇÃO DIVIDINDO v 1 POR v 2 : v 1 /v 2 = k(2) a (3) b (1) c / k(4) a (3) b (1) c 0,5/20 = 2 a /4 a 1/4 = 1 a /2 a 2 a = 42 a =2 2 a = 2 DIVIDINDO v 2 POR v 3 : v 2 /v 3 = k(4) a (3) b (1) c / k(4) a (6) b (1) c 2,0/2,0 = 3 b /6 b 1 = 1 b /2 b 2 b = 12 b =2 0 b = 0

35 RESOLUÇÃO DIVIDINDO v 3 /v 4 : v 3 /v 4 = k(4) a (6) b (1) c / k(4) a (6) b (2) c 2,0/16 = 1 c /2 c 1/8 = 1 c /2 c 2 c = 82 c = 2 3 c = 3 v = k[A] 2 [C] 3

36 MOLECULARIDADE NÚMERO MÍNIMO DE PARTÍCULAS REAGENTES QUE PRECISAM COLIDIR PARA QUE OCORRA UMA REAÇÃO ELEMENTAR OU UMA ETAPA DE UMA REAÇÃO NÃO ELEMENTAR. H 2(g) + 2NO (g) → N 2 O (g) + H 2 O (l) REAÇÃO TRIMOLECULAR

37 EXERCÍCIO (UFES) Uma das reações que podem ocorrer no ar poluído é a do dióxido de nitrogênio, NO 2(g), com o ozônio, O 3(g) : NO 2(g) + O 3(g) → NO 3(g) + O 2(g) Os dados abaixo foram coletados a 25 0 C. A expressão da lei de velocidade e o valor da constante de velocidade são, respectivamente:

38 EXERCÍCIO (CONTINUAÇÃO) a)v = k[NO 2 ] e 2,2 x 10 7 b)v = k[O 3 ] e 4,4 x 10 7 c)v = k[NO 2 ][O 3 ] e 2,2 x 10 7 d)v = k[NO 2 ][O 3 ] e 4,4 x 10 7 e)v = k[NO 2 ]+[O 3 ] e 2,2 x 10 7