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Professora PDE 2009/2010 Rosana Nara de Rocco Campos Slides com conteúdos de: Soluções, Termoquímica, Cinética Química e Equilíbrio Químico, como forma.

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1 Professora PDE 2009/2010 Rosana Nara de Rocco Campos Slides com conteúdos de: Soluções, Termoquímica, Cinética Química e Equilíbrio Químico, como forma de auxiliar o trabalho do Professor de Química no 2 o Ano do Ensino Médio.

2 Rosana N. R. Campos image.php?image=3840&picture=produtos- de-limpeza Rosana N. R. Campos

3 Uma forma prática é observar a cor da urina. Uma urina muito amarelada indica que está muito concentrada; logo, deve-se beber mais água. Que volume de água devemos ingerir diariamente heiro:Stilles_Mineralwasser.jpg

4 Isso significa que existe 9 partes de CO (g) para de partes de ar ou (cada 1m 3 de ar contém 9 mL de CO (g) ). O volume permitido para a concentração de monóxido de carbono gasoso (CO) na atmosfera é 9 ppm. ory_in_China.jpg

5 Café forte ou fraco? Mais ou menos adocicado Qual a maneira correta A água do mar é uma solução aquosa que contém sais e muitas outras substâncias dissolvidas. rquivos/File/imagens/4quimica/5xicara.jpg hu_North_Shore_surfing_hand_drag.jpg

6 O soro fisiológico consiste em uma solução aquosa de NaCl a 0,092%, ou seja, em cada 100g de soro fisiológico, há 0,092g de NaCl e 99,908g de água. Quando dissolvemos gelatina em água quente, obtemos uma dispersão. As partículas dispersas são moléculas de proteínas. Fonte: Rosana N. R. Campos ki/Ficheiro:Iv1-07_014.jpg

7 O ar puro das montanhas é uma mistura homogênea constituída basicamente por 78% N 2(g) ; 21% de O 2(g) e 0,9% de argônio gasoso. Uma escultura em bronze é uma solução sólida de cobre e estanho. va_and_Uma_14th_century.jpg view-image.php?image=1831&picture =mountain-view

8 ESTUDO DAS DISPERSÕES

9 Efeito óptico provocado pela dispersão da luz (cone de luz) nas partículas coloidais ou nas suspensões. ca/efeito-tyndall.htm Efeito Tyndall

10 Classificação das dispersões Tipo de dispersãoTamanho médio das partículas dispersas SoluçõesMenor que 1 nm Dispersões coloidais ou colóides 1 a 1000 nm SuspensõesMaior que 1000 nm 1 nm= 1 nanômetro= metro= 10 m 1 nm= 1 nanômetro= metro= m

11 SOLUÇÕESSOLUÇÕES Fonte: Rosana N. R. Campos

12 SOLUÇÃO É UMA MISTURA HOMOGÊNEA DE DOIS OU MAIS COMPONENTES Solução Soluto (índice 1) Solvente (índice 2)

13 SOLUTO: COMPONENTE EM MENOR QUANTIDADE. SOLVENTE: COMPONENTE EM MAIOR QUANTIDADE. a/commons/8/89/SaltInWaterSolutio nLiquid.jpg

14 Exemplo-1 Sabe-se hoje que as distribuidoras de combustíveis misturam à gasolina uma quantidade de aproximadamente 20% em volume de álcool (etanol) para melhorar a qualidade dela. Identifique nessa mistura o soluto, o solvente e a solução. ica/abastecendo-seu-carro.htm Fonte: SANTOS, W. L. P.; MÓL, G. S. Química e Sociedade: volume único. São Paulo: Nova Geração, p. 44, 2005.

15 RESOLUÇÃO: Soluto: álcool (etanol) (menor quantidade) Solvente: gasolina pura Solução: gasolina com 20% de etanol.

16 CONCENTRA Ç ÕES DAS SOLU Ç ÕES Fonte: Rosana N. R. Campos

17 1- Concentração em Massa (C) É a razão entre a massa do soluto (m 1 ), em gramas e o volume da solução (V), em litros ou mL. unidade: g/L ou g/mL

18 Exemplo-2 Em 200 mL de determinado leite em pó integral há, após dissolvido em água, 240 mg de cálcio. Calcule a concentração em g/L de cálcio nesse leite. iro:PowderedMilk.jpg Fonte: BENABOU, J.; RAMANOSKI, M. Química: volume único. São Paulo: Atual, p. 197, 2003.

19 RESOLUÇÃO: Dados: m 1 =240mg (0,24g) V =200 mL (0,2L) C= 1,2 g/L

20 OU Dados= 240 mg (0,24 g) 200 mL (0,2 L) 0,24 g ___________0,2 L X ___________ 1 L X= 1,2 g Resposta: 1,2 g/L

21 2-Concentração em quantidade de matéria ( C ) É a razão entre o n o de mol do soluto (n 1 ) e o volume, em litros (V), da solução. unidade: mol/litro C

22 Exemplo-3 A substância química sacarose C 12 H 22 O 11 é comumente conhecida como açúcar. Para adoçar uma xícara de café, usaram-se em média 5 gramas de sacarose. Supondo que o volume final do café adoçado seja 50mL. Calcule a concentração em quantidade de matéria (mol/L), aproximada de açúcar no café. (Dados: C=12, O=16 e H=1) image.php?image=5684&picture=xicara-de-cafe Fonte: Adaptação: BENABOU, J.; RAMANOSKI, M. Química: volume único. São Paulo: Atual, p. 197, 2003.

23 RESOLUÇÃO: Dados: m 1 =5g V =50mL (0,05L) M 1 =342 g/mol C=0,292 mol/L

24 OU 5 g ______ 0,05 L 342 g ____1 mol X _______ 1 L 100 g ____ X X= 100g X= 0,292 mol Resposta: C= 0,292 mol/L

25 3- Concentração em massa por massa, volume do soluto por massa, volume da solução ou (antigo) Título (δ). Soluto sólido usa-se a massa em (g). Soluto líquido usa-se o volume em (L) ou (mL). sem unidade Ainda: δ % = δ. 100 ou

26 Exemplo-4 O vinagre é constituído de uma solução de ácido acético, que é responsável pelo seu sabor azedo, dissolvido em água. Um estudante utilizou 15 mL (aproximadamente 15g) de um vinagre, contendo 3% de ácido acético em massa, no preparo de sua salada. Quantos gramas de ácido acético ele terá ingerido depois de comer a salada? Fonte: Rosana N. R. Campos Fonte: Adaptação: CARVALHO, G. C.; Química Moderna 2. São Paulo: Scipione, p. 26, 1995.

27 RESOLUÇÃO: Dados: δ = 3%(0,03) m = 15 g m 1 = 0,45g

28 OU 3% 3 g (Ác. acético) ______ 100 mL (vinagre) X ______________ 15 mL (vinagre) X= 0,45 g de ácido acético

29 4- Concentração em ppm. Para soluções nas fases líquidas e sólidas utiliza-se a concentração em ppm expressa em massa: Para soluções na fase gasosa utiliza-se a concentração em ppm expressa em volume:

30 Para soluções muito diluídas, em que a massa do soluto é muito pequena costuma-se relacionar uma parte em massa do soluto por 10 6 partes em volume da solução:

31 Exemplo-5 Afirmar que uma solução desinfetante apresenta 1,5% de cloro ativo é equivalente a dizer que a concentração de cloro ativo nessa solução, em ppm, é: image.php?image=3840&picture=produtos-de-limpeza Fonte: CARVALHO, G. C.; SOUZA, C. L. Química de olho no mundo do trabalho: volume único. São Paulo: Scipione, p. 210, 2003.

32 RESOLUÇÃO: 1,5 cloro ativo ____ 100 (%) x cloro ativo _____ (ppm) ppm (partes por milhão)

33 DILUIÇÃO DE SOLUÇÕES Fonte: Rosana N. R. Campos

34 Diluir uma solução é adicionar solvente (em geral água) mantendo a quantidade de soluto constante.

35 + V água Solução 1 Solução 2 Ci = n 1 / V Cf = n 1 / V n 1 = Ci.V n 1 = Cf.V Ci. Vi = Cf. Vf

36 Exemplo-6 a/commons/f/fd/Orange_juice_1.jpg Diluição é uma operação muito empregada no nosso dia-a-dia, quando, por exemplo, preparamos um refresco a partir de um suco concentrado. Descubra o volume final, em L, de suco diluído a partir de 500 mL de suco de uva concentrado, seguindo rigorosamente a sugestão de preparo. Sugestão de preparo: Misture 1 parte do suco com 3 partes de água. Fonte: CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química: volume único. 2 ed. São Paulo: Moderna, p. 149, 2003.

37 RESOLUÇÃO: 1 parte do suco = 500 mL + 3 partes de água = mL TOTAL: mL ou 2,0 L

38 Exemplo-7 :Apple_juice_with_3apples.jpg Considere 100 mL de determinado suco em que a concentração do soluto seja 0,4 mol/L. Qual será o volume de água, em mL, que deverá ser acrescentado para que a concentração do soluto caia para 0,04 mol/L? Fonte: SANTOS, W. L.P.; MÓL, G. S. Química e Sociedade: volume único. São Paulo: Nova Geração, p. 331, 2005.

39 RESOLUÇÃO: 0,4 X 100 = 0,04 X Vf Vf= mL V H 2 O= V final – V inicial V H 2 O= – 100= 900 mL V H 2 O= 900 mL ou 0,9 L Ci. Vi = Cf. Vf

40 MISTURA DE SOLU Ç ÕES SEM REA Ç ÃO QU Í MICA Fonte: Rosana N. R. Campos

41 Solução A Solução B m 1 (sol. A) + m 1 (sol. B) = m 1 (sol. final) C (sol. A). V (sol. A) + C (sol. B). V (sol. B) = Cf. Vf δ (sol. A). m (sol. A) + δ (sol. B). m (sol. B) = δf. mf + = Solução final

42 Existem dois frascos no laboratório contendo soluções de ácido acético (C 2 H 4 O 2 ): frasco A frasco B V = 20 mL V = 30 mL Cf = 5 mol/L Cf = 1 mol/L Resolveu-se colocar as soluções em um único frasco. Determine a concentração da nova solução em mol/L. B Exemplo-8 A Fonte: HARTWIG, D. R., SOUZA, E. e MOTA, R. N. Físico- Química: volume 2. São Paulo, Scipione, p. 44, 1999.

43 RESOLUÇÃO: C (sol. A). V (sol. A) + C (sol. B). V (sol. B) = Cf. Vf 5 X X 30 = Cf X 50 Cf= 2,6 mol/L

44 TITULA Ç ÃO Á CIDO-BASE É uma operação analítica utilizada para determinar a concentração de soluções. Fonte: Rosana N. R. Campos

45 Erlenmeyer Bureta * Solução de concentração conhecida (ácido ou base) * Volume gasto na titulação * Solução de concentração desconhecida (ácido ou base) * Volume conhecido * Algumas gotas de um indicador

46 Numa titulação ácido-base ocorre uma reação completa entre um ácido e uma base (neutralização): ácido + base sal + água por exemplo: HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (aq) + H 2 O (l)

47 Como se executa uma titulação? Titulação consiste na adição de uma solução de concentração rigorosamente conhecida - titulante - a outra solução de concentração desconhecida - titulado - até que se atinja o ponto de equivalência. titulante titulado titulante titulado /analise-volumetrica.htm

48 Ponto de equivalência é... Adiciona-se ao titulado um indicador ácido-base que muda de cor quando se atinge o ponto de equivalência (número de moles do titulante é igual ao número de moles do titulado). n ácido = n base Fonte: Rosana N. R. Campos

49 No fim da titulação: Cálculo da Concentração Titulante(A) Concentração: conhecida Volume: conhecido Titulado(B) Concentração: desconhecida Volume: conhecido

50 Como: C= n/V n = C x V Temos no fim da titulação (ponto de equivalência): n Ácido = n Base ou ou C Ác x V Ác = C Ba x V Ba Cálculo da concentração

51 20 mL de uma solução aquosa de NaOH de concentração desconhecida foram titulados com uma solução aquosa 0,2 mol/L de H 2 SO 4. O volume de ácido sulfúrico gasto na titulação foi 50 mL. Qual a concentração em mol/L da base (hidróxido de sódio). Exemplo-9 Fonte: CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química na abordagem do cotidiano – Físico-Química: volume 2. 2ed. São Paulo: Moderna, p. 36, 1998.

52 RESOLUÇÃO: 1H 2 SO 4 (aq) + 2NaOH (aq) 1Na 2 SO 4(aq) + 2 H 2 O (l) 1 mol ácido ______ 2 mols base (proporção na reação) C Ác. V Ác = C Ba. V Ba ( ponto de equivalência) Assim, no ponto de equivalência da reação, temos: 2(C Ác. V Ác ) = 1(C Ba. V Ba ) 2 (0,2. 50) = C Ba. 20 C Ba = 1,0 mol/L

53 BIBLIOGRAFIA BENABOU, J.; RAMANOSKI, M. Química: volume único. São Paulo: Atual, CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química na abordagem do cotidiano – Físico-Química: volume 2. 2ed. São Paulo: Moderna, CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química: volume único. 2 ed. São Paulo: Moderna, CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química na abordagem do cotidiano: volume único. 2ed. São Paulo: Moderna, CARVALHO, G. C.; Química Moderna 2. São Paulo:Scipione, CARVALHO, G. C.; SOUZA, C. L. Química de olho no mundo do trabalho: volume único. São Paulo:Scipione, FELTRE, R. FÍSICO-QUÍMICA: volume 2. 6ed. São Paulo: Moderna, FONSECA, Martha Reis Marques da. Completamente Química: FÍSICO-QUÍMICA. São Paulo: FTD, HARTWIG, D. R., SOUZA, E. e MOTA, R. N. Físico- Química: volume 2. São Paulo, Scipione, LEMBO, A.; SARDELA, A. Química: volume 2. 10ed. São Paulo: Ática, MATSUI, Ana N.; LINGUANOTO, Maria; UTIMURA, Teruko Y. Química, 2: 2o Grau. São Paulo: Editora FTD, NOBREGA, O. S.; SILVA, E. R.; SILVA, R. H. Química: volume único. 1ed. São Paulo: Ática, SANTOS, W. L. P.; MÓL, G. S. Química e Sociedade: volume único. São Paulo: Nova Geração, SARDELA, A.; MATEUS, E. Curso de Química: volume 2. 10ed. São Paulo: Ática, USBERCO,J.;SALVADOR,E. Química: volume único. 2ed. São Paulo: Saraiva, 1998.

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55 /Ficheiro:Koelkast_open.jpg m/estrategias-ensino/aula-pratica- construcao-um-calorimetro.htm -na_pizza-argherita_sep2005_sml.jpg /Ficheiro:Streichholz.jpg /Ebuli%C3%A7%C3%A3o Fonte: Rosana N. R. Campos TERMOQUÍMICA

56 O que é calor É a transferência de energia térmica entre corpos de temperaturas diferentes.

57 Há muito tempo o homem aprendeu a utilizar o fogo para aquecer-se. Ainda hoje é comum essa prática em épocas frias. e_with_icon.jpg

58 Numa noite fria de inverno, em qual banco você se sentaria: Em um banco de concreto ou de madeira? Por quê? image.php?image=1240&picture=assento image.php?image=3406&picture=banco-

59 Sendo aproximadamente 36 0 C nossa temperatura, cederemos calor para o banco (corpo mais quente para o mais frio). Como o ferro (banco de concreto) possui maior condutividade térmica, irá trocar calor mais rapidamente, roubando-o de nosso corpo. Isso nos causará a sensação térmica de frio.

60 Muitas pessoas acham que tomar bebidas frias em recipientes de alumínio é bom porque ficam mais frias. Estão enganadas. Embora pareçam mais frios quando segurados, estes recipientes têm uma desvantagem: a bebida esquenta mais depressa, pois a transferência de calor é muito mais rápida. Rosana N. R. Campos

61 A geladeira possui um motor que tira calor de seu interior e o libera para o ambiente. Já viu como atrás dela o ar fica quente? oelkast_open.jpg

62 ADcio_Grande_Avenida Por que os bombeiros combatem incêndios comuns com água?

63 A água retira muito calor do material que está em chamas, abaixando sua temperatura de tal forma que torna a combustão impossível.

64 Existe erro na frase: Esse casaco de lã é muito quente? -image.php?image=4097&picture=tempo- frio-de-inverno

65 Sim. Essa afirmação dá a idéia de que a blusa possui calor. Na verdade, a blusa não é quente; ela apenas impede que o corpo ceda calor para o ambiente frio.

66 Por que sentimos mais fome em dias mais frios do que em dias de muito calor? na_pizza-margherita_sep2005_sml.jpg

67 Em dias frios, a circulação sanguínea na superfície de nossa pele aumenta para compensar a transferência de calor do nosso corpo ao ambiente, evitando que a temperatura corporal abaixe. Moléculas de carboidratos são queimadas, liberando energia em nosso organismo para compensar a energia transferida ao ambiente.

68 Por que os garçons abrem garrafas de bebidas geladas segurando somente pelo gargalo e nunca no meio da garrafa? _Koelsch.jpg

69 Para evitar a troca de calor (transferência de energia térmica) entre a mão do garçom e a bebida gelada que estão em temperaturas diferentes.

70 TERMOQUÍMICA É o estudo do calor envolvido nas reações químicas. :Streichholz.jpg Fire_triangle.svg

71 ENTALPIA (H): É a energia total de um sistema medida à pressão constante. Não é possível medir a entalpia, mede-se a variação de entalpia ou calor de reação (ΔH).

72 CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES TERMOQUÍMICAS: I- EXOTÉRMICAS: Liberam energia. Ex: combustão, respiração animal, dissolução da soda cáustica em água, processos físicos de (solidificação, condensação e ressublimação)....

73 I- ENDOTÉRMICAS: Absorvem energia. Ex: fotossíntese, cozimento dos alimentos, processos físicos de (fusão, vaporização e sublimação)... A7%C3%A3o

74 Gráfico para Reação Exotérmica HRHRHRHR HPHPHPHP caminho da reação Entalpia (H) Fonte: Rosana N. R. Campos

75 Gráfico para Reação Endotérmica HPHPHPHP HRHRHRHR caminho da reação Entalpia (H) Fonte: Rosana N. R. Campos

76 SÓLIDO GASOSO LÍQUIDO FUSÃOVAPORIZAÇÃO SUBLIMAÇÃO SOLIDIFICAÇÃO CONDENSAÇÃO RESSUBLIMAÇÃO Mudanças de Estado Físico da Matéria Fonte: Rosana N. R. Campos

77 SUBSTÂNCIA SIMPLES NO ESTADO PADRÃO E ESTADO ALOTRÓPICO MAIS COMUM TEM ENTALPIA ZERO. C (grafite) H=0 C (diamante) H0 O 2 (gasoso) H=0 O 3 (gasoso) H0 S (rômbico) H=0 S (monoclínico) H0 P n (vermelho) H=0 P 4 (branco) H0

78 ESTADOS ALOTRÓPICOS MAIS COMUNS edia/commons/3/36/Diamond.jpg CARBONO OXIGÊNIO GRAFITEDIAMANTE O 3 (OZÔNIO) O 2 (incolor) ada_de_oz%C3%B4nio /Oxig%C3%AAnio /Grafite

79 ENXOFRE FÓSFORO BRANCO VERMELHO MONOCLÍNICO RÔMBICO pendrive/arquivos/File/imagens/ 5geografia/2fosforo_branco.jpg pendrive/arquivos/File/imagen s/5geografia/2fosforo.jpg

80 CAPACIDADE CALORÍFICA É a medida de quanto um material absorve ou libera energia térmica. É uma propriedade física única e particular das substâncias. Ex: - A água necessita de 1 caloria de energia para aumentar a temperatura em 1º Celsius. - O aço necessita de 0,1 caloria de energia para aumentar a temperatura em 1º Celsius.

81 Para reações em meio aquoso utiliza-se um calorímetro, que nada mais é do que uma garrafa térmica. Para reações de combustão utiliza-se uma bomba calorimétrica. Como pode ser medido o calor de uma reação Nos dois casos o calor é transferido para uma massa de água e obtido a partir da expressão: Q = m. c. t trategias-ensino/aula-pratica-construcao- um-calorimetro.htm

82 Qual é a quantidade de calor liberada em uma reação química capaz de aquecer 3 Kg de água De 30 o C a 38 o C? (Dado: calor específico da água= 1cal/g. o C.) EXERCÍCIO - 01 Fonte: SANTOS, W.L.P.; MÓL, G. S. Química e Sociedade: volume único. São Paulo: Nova Geração, p. 367, 2005.

83 Q = 3000g. 1cal/g o C. (38 o C – 30 o C) Q = Q = cal (ou 24 Kcal) Q = m. c. ΔT RESOLUÇÃO

84 Tipos de entalpias (calores de reação). 1. Entalpia ou calor de Formação. 2. Entalpia ou calor de Decomposição. 3. Entalpia de Combustão. 4. Entalpia de Dissolução. 5. Entalpia de Neutralização. 6. Entalpia ou Energia de Ligação.

85 1- Entalpia de Formação ( H f ) Corresponde a energia envolvida na formação de um mol de substância a partir de substâncias simples, no estado alotrópico mais comum. Exemplos: H 2(g) + ½ O 2(g) H 2 O (l) H f = - 285,5 KJ/mol C (grafite) + O 2(g) CO 2(g) H f = - 393,3 KJ/mol Entalpia de formação de substâncias simples é nula.

86 2- Entalpia de Decomposição Pode ser considerada com a entalpia inversa à de formação de uma substância. Exemplos: H 2 O (l) H 2(g) + 1/2 O 2(g) H f = + 285,5 KJ/mol CO 2(g) C (grafite) + O 2(g) H f = + 393,3 KJ/mol Observe que ao inverter a equação a variação de entalpia troca de sinal algébrico!

87 3- Entalpia de Combustão Energia liberada na reação de 1 mol de substância (combustível) com O 2 puro (comburente). Combustível material orgânico (C, H e O) a combustão pode ser: I. Completa: os produtos são CO 2 e H 2 O. II. Incompleta: além de CO 2 e H 2 O, forma-se também, CO e/ou C (fuligem).

88 Combustão completa a chama é azul. CH 4(g) + 2O 2(g) CO 2(g) + H 2 O (l) H f = - 889,5 KJ/mol Na combustão incompleta a chama é alaranjada. Rosana N. R. Campos

89 4- Entalpia de Dissolução Calor liberado ou absorvido na dissolução de 1 mol de determinada substância numa quantidade de água suficiente para que a solução obtida seja diluída. Ex: KNO 3(s) + H 2 O (l) KNO 3(aq) H= +8,5 Kcal HCl (g) + H 2 O (l) HCl (aq) H= -18,0 Kcal

90 5- Entalpia de Neutralização Calor liberado na formação de 1 mol de água, a partir da neutralização de 1 mol de íons H + por 1 mol de íons OH -, em solução aquosa diluída. Ex: HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (aq) + H 2 O (l) H= -13,8 Kcal

91 Na reação de ácido forte com base forte a variação de entalpia é aproximadamente constante pois a reação é sempre: H + + OH - H 2 O

92 6- Entalpia ou Energia de Ligação É a quantidade de calor absorvida na quebra de 6, ligações de determinada espécie, supondo as substâncias no estado gasoso, à 25 o C. A quebra de ligações é sempre um processo endotérmico enquanto a formação de ligações será sempre exotérmico. Nos reagentes sempre ocorrerá quebra de ligações ( H>0) e nos produtos ocorrerá formação de ligações ( H<0).

93 LEI DE HESS Também conhecida como Lei da Soma dos Calores de Reação, demonstra que a variação de entalpia de uma reação química não depende do modo ou caminho como a mesma é realizada e sim do estado inicial (reagentes) e estado final (produtos).

94 LEI DE HESS BAC H 1 H 1 H 2 H 2 H 3 H 3 H 3 = H 1 + H 2 Fonte: Rosana N. R. Campos

95 Calcular o H da reação de formação de 1,0 mol de etanol líquido (álcool etílico): 2C (grafite) + 3H 2(g) + ½O 2(g) C 2 H 5 OH (l) H= ? Sabendo que: (I)C (grafite) + O 2(g) CO 2(g) H 1 = -94,0 Kcal/mol (II) H 2(g) + ½O 2(g) H 2 O (g) H 2 = -57,8 Kcal/mol (III) C 2 H 5 OH (l) +3O 2(g) 2CO 2(g) +3H 2 O (g) H 3 = -327,6 Kcal/mol EXERCÍCIO – 02 Fonte: LEMBO, A.; SARDELA, A. Química: volume 2. 10ed. São Paulo: Ática, p. 267, 1988.

96 RESOLUÇÃO Equação I multiplicar por 2 Equação II multiplicar por 3 Equação III inverter H= H 1 + H 2 + H 3 H= 2(-94) + 3(-57,8) + 327,6 H= -33,8 Kcal

97 ΔH o = ΔH f o (produtos) - ΔH f o (reagentes) Lembre-se que sempre= final - inicial Podes prever qual o ΔH da reação? Quartz_crystal.jpg Quando TODAS entalpias de formação forem conhecidas: Utilizando entalpias de formação

98 O gás hilariante (N 2 O) tem características anestésicas e age sobre o sistema nervoso central fazendo com que pessoas riam de forma histérica. NH 4 NO 3(s) N 2 O (g) + 2H 2 O (g) ΔH= ? Dados: N 2(g) + ½ O 2(g) N 2 O (g) ΔH f = +19,5 Kcal H 2(g) + ½ O 2(g) H 2 O (g) ΔH f = -57,8 Kcal N 2(g) + 2H 2(g) + 3/2 O 2(g) NH 4 NO 3(s) ΔH f = -87,3 Kcal Descubra a quantidade de calor liberada, no processo de obtenção do gás hilariante. EXERCÍCIO – 03 Fonte: CANTO, E. l.; PERUZZO, T.M. Química na abordagem do cotidiano – Físico-Química: volume 2. 2ed. São Paulo: Moderna, p

99 NH 4 NO 3(s) N 2 O (g) + 2H 2 O (g) - 87,3 Kcal + 19,5 Kcal + 2 (- 57,8 Kcal) ΔH= ΔH produtos – ΔH reagentes ΔH= -96,1 – (-87,3) ΔH= - 8,8 Kcal/mol ΔH= ΔH produtos - ΔH reagentes RESOLUÇÃO

100 Utilizando entalpias de ligação Nos reagentes sempre ocorrerá quebra de ligações (ΔH>0) e nos produtos ocorrerá formação de ligações (ΔH0). ΔH= ΔH (reagentes) + ΔH (produtos)

101 (Cefet-RJ) A BMW testa veículos movidos a hidrogênio e antecipa uma novidade que chegará ao mercado no futuro. A indústria (...) aposta no hidrogênio como um dos mais promissores substitutos da gasolina. Ele não depende de reservas estratégicas e é facilmente obtido com a quebra da molécula da água. (...) Em vez de dióxido de carbono (CO 2 ), o escapamento expele água. O hidrogênio pode zerar a emissão de poluentes por veículos no futuro... (Adaptado da Revista Época, out ) EXERCÍCIO – 04

102 Com base nos dados da tabela abaixo, qual a variação de entalpia (ΔH) da reação 2H 2(g) + O 2(g) 2H 2 O (g), em KJ/mol de H 2 O (g) ? Ligação Energia de ligação (KJ. mol -1 ) H – H437 H – O463 O = O494 Fonte: FELTRE, R. FÍSICO-QUÍMICA: volume 2. 6ed. São Paulo: Moderna, p. 125, 2004.

103 Reagentes: Ligações rompidas: ΔH>0 2 H – H = = O = O = = +494 ( )= Produtos> Ligações formadas: ΔH0 2 H – O – H = 4 H – O = = RESOLUÇÃO ΔH= ΔH (reagentes) + ΔH (produtos) ΔH= (-1852) ΔH= -484 KJ/mol de 2H 2 O ΔH= -242 KJ/mol de H 2 O

104 BIBLIOGRAFIA BENABOU, J.; RAMANOSKI, M. Química: volume único. São Paulo: Atual, CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química na abordagem do cotidiano – Físico-Química: volume 2. 2ed. São Paulo: Moderna, CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química: volume único. 2 ed. São Paulo: Moderna, CANTO, E. l.; PERUZZO, T.M. Química na abordagem do cotidiano: volume único. 2ed. São Paulo: Moderna, CARVALHO, G. C.; Química Moderna 2. São Paulo:Scipione, CARVALHO, G. C.; SOUZA, C. L. Química de olho no mundo do trabalho: volume único. São Paulo:Scipione, FELTRE, R. FÍSICO-QUÍMICA: volume 2. 6ed. São Paulo: Moderna, FONSECA, Martha Reis Marques da. Completamente Química: FÍSICO-QUÍMICA. São Paulo: FTD, HARTWIG, D. R., SOUZA, E. e MOTA, R. N. Físico- Química: volume 2. São Paulo, Scipione, LEMBO, A.; SARDELA, A. Química: volume 2. 10ed. São Paulo: Ática, MATSUI, Ana N.; LINGUANOTO, Maria; UTIMURA, Teruko Y. Química, 2: 2o Grau. São Paulo: Editora FTD, NOBREGA, O. S.; SILVA, E. R.; SILVA, R. H. Química: volume único. 1ed. São Paulo: Ática, SANTOS, W. L. P.; MÓL, G. S. Química e Sociedade: volume único. São Paulo: Nova Geração, SARDELA, A.; MATEUS, E. Curso de Química: volume 2. 10ed. São Paulo: Ática, USBERCO,J.;SALVADOR,E. Química: volume único. 2ed. São Paulo: Saraiva, 1998.

105

106 CINÉTICA QUÍMICA

107 Parte da Química que estuda a velocidade das reações e os fatores que a influenciam. Reações Químicas Rápidas Lentas Moderadas

108 Reação Rápida -image.php?image=403&picture=fogos-de- artificio

109 Reação Moderada image.php?image=1656&picture=macas-podres vos/File/imagens/4quimica/2vela2.jpg

110 Reação Lenta 3leo#O_petr.C3.B3leo_no_Brasil

111 O que se faz no dia a dia para diminuir a velocidade das reações químicas?

112 O que fazer para conservar os alimentos durante mais tempo? Colocam- se em geladeira, uma vez que a temperatura elevada é um dos fatores que aumenta a velocidade das reações. s/File/imagens/4quimica/8frutasesteres.jpg

113 Como é que antigamente se conservavam os alimentos, se não existiam geladeiras? A salga foi um dos primeiros processos de conservar os alimentos (peixe e carne). O sal funciona como inibidor - diminui a velocidade da reação.

114 Por que é que os chouriços são defumados? A substância química formaldeído, liberada no fumo, mata muitas bactérias que iriam degradar mais rapidamente o alimento.

115 Por que as garrafas de vinho são fechadas com rolha e lacre? O lacre nas rolhas das garrafas de vinho, isola mais o vinho do contato com o ar, que o iria oxidar mais rapidamente.

116 Por que alguns alimentos são embalados à vácuo? A falta de oxigênio fará com que sua degradação se torne mais lenta. Rosana N. R. Campos

117 Já reparou que ao abrirmos um lata de picles, a lata dá um estalido? Antes da lata ser fechada, o alimento é por vezes aquecido para retirar o ar que iria favorecer a sua oxidação. O vinagre inibe o crescimento de bactérias que iriam degradar o alimento. Rosana N. R. Campos

118 Quando temos que acender uma fogueira porque é que não usamos os troncos maiores e mais grossos? Os troncos mais grossos demoram mais tempo para acender. Quanto mais pequenos forem os troncos mais depressa acendem! image.php?image=330&picture=fogo

119 VELOCIDADE DAS REAÇÕES I - Velocidade média (V m ) Representa a variação na quantidade de um reagente ou produto num intervalo de tempo. m = massa, n = n o mol, V = volume, C = concentração molar

120 VELOCIDADE DAS REAÇÕES A Vm dos reagentes também é chamada de velocidade de desaparecimento. A Vm dos produtos também é chamada de velocidade de formação. Obs.: para os reagentes podemos calcular a velocidade em módulo.

121 A (REAGENTE) DESAPARECIMENTO B (PRODUTO) FORMAÇÃO t [ ] B A

122 tempo [ ] A C B EXERCÍCIO-1 O gráfico abaixo se refere às concentra- ções de reagentes e produtos da reação equacionada como: 2N 2 O 5 4NO 2 + O 2 Associe as curvas A, B e C com as substâncias N 2 O 5, NO 2 e O 2. Fonte: CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química na abordagem do cotidiano – Físico-Química: volume 2. 2ed. São Paulo: Moderna, p. 255, 1998.

123 A= NO 2 curva crescente (produto). B= O 2 curva crescente (produto). C= N 2 O 5 curva decrescente (reagente). RESOLUÇÃO

124 EXERCÍCIO-2 Coloca-se dentro de um recipiente fechado amônia gasosa (NH 3 ) com uma concentração inicial de 8,0 mol/L. Com o passar do tempo ocorre a reação 2NH 3(g) N 2(g) + 3H 2(g), e um pesquisador, utilizando métodos adequados, verifica, à medida que o tempo passa, o quanto resta de NH 3 e

125 Tempo (h) [NH 3 ] (mol/L) 08,0 1,04,0 2,02,0 3,01,0 anota os valores numa tabela. Calcule:

126 a) A Velocidade média de consumo da amônia (NH 3 ) no intervalo de 0 e 2h. Esse resultado pode ser interpretado: A cada hora, consome-se 3mol/L de amônia. *Obs: Na prática, utiliza-se a velocidade dos reagentes em módulo | |, para evitar valores negativos. em módulo | |, para evitar valores negativos. RESOLUÇÃO

127 Ficando assim: b) A velocidade média de consumo de NH 3 entre 1 e 3h. RESOLUÇÃO

128 c) A velocidade média de formação do N 2 entre 0 e 2h. Equação química 2NH 3(g) N 2(g) + 3H 2(g) Coeficientes 2 : 1 Vm (0-2h) 3 mol/L.h __ Vm N 2 RESOLUÇÃO Vm N 2 =1,5mol/L.h

129 d) A velocidade média de formação do N 2 entre 1 e 3h. Equação química 2NH 3(g) N 2(g) + 3H 2(g) Coeficientes 2 : 1 Vm (1-3h) 1,5 mol/L.h __ Vm N 2 RESOLUÇÃO Vm N 2 =0,75mol/L.h Fonte: CANTO, E. l.; PERUZZO, T.M. Química na abordagem do cotidiano – Físico-Química: volume 2. 2ed. São Paulo: Moderna, p. 254, 1998.

130 EXERCÍCIO-3 Ao realizar a reação de formação da água: 2H 2(g) + O 2(g) 2H 2 O (g), verificou-se que a velocidade de consumo de oxigênio foi de 4 mol/min. Determine a velocidade de consumo do hidrogênio. Fonte: CANTO, E. l.; PERUZZO, T.M. Química na abordagem do cotidiano – Físico-Química: volume 2. 2ed. São Paulo: Moderna, p. 254, 1998.

131 Equação química 2H 2(g) + O 2(g) 2H 2 O (g) Coeficientes 2 : 1 V. de consumo Vm H 2 __ 4 mol/min RESOLUÇÃO Vm H 2 = 8mol/min

132 Condições para que ocorra uma Reação Os reagentes devem estar em contato. Afinidade química entre os reagentes. Teoria da Colisão As moléculas dos reagentes devem colidir entre si. A colisão deve ocorrer com geometria favorável e energia suficiente.

133 Teoria da Colisão Colisão Desfavorável (não-efetiva) Colisão Desfavorável (não-efetiva)

134 Colisão Favorável (efetiva) Colisão Favorável (efetiva) O2O2 N2N2 O N O N 2 NO Reagentes Complexo Ativado Produtos

135 Para que a colisão seja efetiva é necessário ainda que os reagentes adquiram uma energia mínima denominada energia de ativação. Energia de Ativação é o valor mínimo de energia que as moléculas de reagentes devem possuir para que uma colisão entre elas seja efetiva. Quanto maior for a energia de ativação, mais lenta será a reação.

136 Complexo Ativado: estado intermediário formado entre reagentes e produtos, ocorre um progressivo enfraquecimento das ligações entre as moléculas iniciais e um fortalecimento das ligações entre as moléculas finais. O2O2 N2N2 O N O N 2 NO Reagentes Complexo Ativado Produtos

137 eficaz Não eficaz I 2 + H 2 HI+HI I 2 H 2 REVISÃO

138 REAÇÃO EXOTÉRMICA E 1 = energia dos reagentes E 2 = energia do complexo ativado E 3 = energia dos produtos b=energia de ativação c=variação de entalpia ΔH= Hp – Hr ΔH= Hp – Hr E1E1 E2E2 E3E b c Quanto menor for a energia de ativação, maior a velocidade da reação. Energia (Kcal/mol) Complexo Ativado Caminho da reação

139 REAÇÃO ENDOTÉRMICA E3E3 E2E2 E1E b c Quanto maior for a energia de ativação, menor a velocidade da reação. E 1 = energia dos reagentes E 2 = energia do complexo ativado E 3 = energia dos produtos b=energia de ativação c=variação de entalpia ΔH= Hp – Hr ΔH= Hp – Hr Energia (Kcal/mol) Complexo Ativado Caminho da reação

140 Energia (Kcal/mol) Caminho da reação EXERCÍCIO-4 O gráfico descreve a variação de energia de uma certa reação: A + B C

141 Descubra: a) O valor da entalpia dos reagentes. b) O valor da entalpia dos produtos. c) Se a reação é endo ou exotérmica. d) O valor da energia de ativação. e) O valor da energia do complexo ativado. f) O valor da energia da reação (variação de entalpia). Fonte: Adaptação: HARTWIG, D.R., SOUZA, E. e MOTA, R.N. Físico- Química: volume 2. São Paulo, Scipione, p. 153, 1999.

142 a) H reagentes= 10 Kcal/mol b) H produtos= 2 Kcal/mol c) A Reação é exotérmica (HpHr) d) Eat= 30 – 10= 20 Kcal/mol e) CA= 30 Kcal/mol f) ΔH= Hp – Hr ΔH= 2 – 10 ΔH= - 8 Kcal/mol ( o processo libera energia:reação exotérmica). ΔH= - 8 Kcal/mol ( o processo libera energia:reação exotérmica). RESOLUÇÃO

143 Fatores que influenciam a velocidade de uma reação a ) Superfície de contato entre os reagentes; b ) Concentração dos reagentes; c) Temperatura; d) Presença de catalisadores; e) Pressão.

144 a) Superfície de contato entre os reagentes. Quanto maior a superfície de contato, maior é o número de choques efetivos entre as partículas dos reagentes e, portanto, maior será a velocidade da reação. uimica/cinetica-quimica.htm

145 EXERCÍCIO-5 Na digestão dos alimentos ocorre uma série de reações químicas. Explique, levando em conta a velocidade das reações químicas, por que é benéfico mastigar bem os alimentos. Fonte: CANTO, E. l.; PERUZZO, T.M. Química na abordagem do cotidiano – Físico-Química: volume 2. 2ed. São Paulo: Moderna, p. 273, 1998.

146 Quanto mais triturado estiver o alimento, mais rápidas serão as reações envolvidas na digestão, graças ao aumento da superfície de contato entre os reagentes. RESOLUÇÃO

147 Quanto maior a concentração de partículas dos reagentes, maior será o número de colisões efetivas e consequentemente maior a velocidade da reação. b) Concentração dos reagentes. Abanando carvão em brasa, aumentamos a concentração de gás oxigênio (O 2 ) (reagente), aumentando a velocidade da reação. File/imagens/4quimica/2fogo2.jpg

148 Lei da Ação das Massas, Lei da Velocidade ou Lei de Guldberg-Waage A uma dada temperatura, a velocidade de uma reação química elementar (reação que ocorre em uma única etapa) é diretamente proporcional ao produto das concentrações dos reagentes, em mol/L, elevadas a seus respectivos coeficientes.

149 EXEMPLO: aA + bB cC + dD V = k [A] [B] β V = velocidade da reação; K = constante de velocidade (característica da reação e da temperatura); [ ] = concentração dos reagentes (mol/L), exceto reagente sólido, pois a concentração de uma substância sólida é sempre constante, ficando assim incorporada à constante de velocidade. e β = expoentes determinados experimentalmente. Obs.: Se a reação for elementar = a e β= b Se a reação não for elementar, deve-se calcular o valor de e β.

150 Reação Elementar aA + bB cC + dD V = k [A] a.[B] b Quando a reação química se desenvolve em uma única etapa, dizemos que a reação é elementar. Numa reação elementar, os expoentes a que devem ser elevadas as concentrações dos reagentes na expressão da velocidade são os próprios coeficientes dos reagentes na equação balanceada.

151 EXERCÍCIO-6 Determine a expressão da velocidade (segundo a Lei de Guldberg-Waage), supondo elementares: a) C 2 H 4(g) + H 2(g) C 2 H 6(g) b) 3Cu (s) + 8HNO 3(aq) 3Cu(NO 3 ) 2(aq) + 4H 2 O (l) + 2NO (g) Fonte: HARTWIG, D.R., SOUZA, E. e MOTA, R.N. Físico- Química: volume 2. São Paulo, Scipione, p. 167, 1999.

152 RESOLUÇÃO a) C 2 H 4(g) + H 2(g) C 2 H 6(g) b) 3Cu (s) + 8HNO 3(aq) 3Cu(NO 3 ) 2(aq) + 4H 2 O (l) + 2NO (g)

153 Reação Não-Elementar A etapa lenta é a etapa determinante da velocidade da reação. Quando a reação se desenvolve em duas ou mais etapas distintas, a velocidade da reação depende apenas da velocidade da etapa lenta.

154 O óxido nítrico reage com hidrogênio, produzindo nitrogênio e vapor de água de acordo com a equação: 2 H NO 1 N H 2 O Etapa I 1H 2 + 2NO 1N 2 O + 1H 2 O (lenta) Etapa II 1H 2 + 1N 2 O 1N 2 + 1H 2 O (rápida) Reação Global 2H 2 + 2NO 1N 2 + 2H 2 O Descubra a Lei da velocidade para essa reação: 1º EXEMPLO: (REAÇÃO NÃO-ELEMENTAR) Fonte: FELTRE, R. FÍSICO-QUÍMICA: volume 2. 6ed. São Paulo: Moderna, p. 166, 2004.

155 RESOLUÇÃO Equação da velocidade (etapa lenta) V = k [H 2 ].[NO] 2

156 EXERCÍCIO-7 A poluição é uma das causas da destruição da camada de ozônio. Uma das reações que podem ocorrer no ar poluído é a reação do dióxido de nitrogênio com o ozônio: 2NO 2(g) + O 3(g) N 2 O 5(g) + O 2(g) 2NO 2(g) + O 3(g) N 2 O 5(g) + O 2(g) Essa reação ocorre em duas etapas: I. NO 2(g) + O 3(g) NO 3(g) + O 2(g) (lenta) II. NO 3(g) + NO 2(g) N 2 O 5(g) (rápida) Descubra a lei da velocidade para essa reação. Fonte: USBERCO,J.;SALVADOR,E. Química: volume único. 2ed. São Paulo: Saraiva, p. 356, 1998.

157 RESOLUÇÃO Equação da velocidade (etapa lenta) V = k [NO 2 ].[O 3 ]

158 Considere a seguinte reação: Em diversos experimentos com essa reação, feitos à temperatura de 700 o C, foram obtidos os seguintes dados: 2H 2(g) + 2NO (g) N 2(g) + 2H 2 O (g) 2º EXEMPLO: (REAÇÃO NÃO-ELEMENTAR)

159 Experimento [H 2 ] (mol/L)[NO] (mol/L) (mol/L)Velocidade(mol/L.h) A expressão da Lei da velocidade é: v=k.[H 2 ] x.[NO] y Como essa é uma reação não-elementar, devemos calcular o valor de x e y. Fonte: HARTWIG, D.R., SOUZA, E. e MOTA, R.N. Físico- Química: volume 2. São Paulo, Scipione, p , 1999.

160 1ª etapa: Determinar o valor de x. - Escolher dois experimentos nos quais varie a [H 2 ], mas não varie a [NO]. (Escolhemos o experimento 1 e 2) - Substituímos na expressão v=k.[H 2 ] x.[NO] y 1º Experimento =k.( ) x.( ) y 2º Experimento =k.( ) x.( ) y

161 2ª etapa: Determinar o valor de y. - Escolher dois experimentos nos quais varie a [NO], mas não varie a [H 2 ]. (Escolhemos o experimento 2 e 3) - Substituímos na expressão v=k.[H 2 ] x.[NO] y 2º Experimento =k.( ) x.( ) y 3º Experimento =k.( ) x.( ) y

162 3ª etapa: Utilizando então os valores de x e y na expressão v=k.[H 2 ] x.[NO] y, obtemos a Lei da velocidade dessa reação: v=k.[H 2 ] 1.[NO] 2 ou v=k.[H 2 ] 1.[NO] 2 ou v=k.[H 2 ].[NO] 2

163 4ª etapa: Conhecendo a Lei da velocidade, podemos calcular a constante k (para 700 o C) escolhendo qualquer um dos três experimentos e utilizando os valores de v, [H 2 ] e [NO]. Experimento 1: [H 2 ]= ; [NO]= e v= Equação: v=k.[H 2 ].[NO] =k ( ) =k

164 Considere a reação de síntese da amônia: O que ocorrerá com a velocidade se a concentração molar do hidrogênio for reduzida à terça parte e a do nitrogênio for triplicada? N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) 3º EXEMPLO: (REAÇÃO NÃO-ELEMENTAR) Fonte: SARDELA, A.; MATEUS, E. Curso de Química: volume 2. 10ed. São Paulo: Ática, p. 153, 1992.

165 N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) 1ª etapa: [N 2 ] = x [H 2 ] = y v = k. [N 2 ]. [H 2 ] 3 v = k. [N 2 ]. [H 2 ] 3 v = k. x. y 3 v = k. x. y 3 2ª etapa: [N 2 ] = 3x [H 2 ] = y/3 v= k. [N 2 ]. [H 2 ] 3 v, = k. 3x. (y/3) 3 v, = k. 3x. y 3 /27 v, = k. 3x. (y/3) 3 v, = k. 3x. y 3 /27 v, = v/9 v, = v/9 RESOLUÇÃO A velocidade reduzirá à nona parte ou 9 vezes.

166 EXERCÍCIO-8 Na química ambiental, que procura, entre outras coisas, avaliar formas de atenuar a emissão de substâncias gasosas que depreciam a qualidade do ar, a reação entre os gases monóxido de carbono e oxigênio, para produzir o dióxido de carbono, tem grande importância.

167 A equação dessa reação é: 2CO (g) + O 2(g) 2CO 2(g) 2CO (g) + O 2(g) 2CO 2(g) O que ocorrerá com a velocidade dessa reação se duplicarmos as concentrações de CO (g) e O 2(g). Fonte: FONSECA, Martha Reis Marques da. Completamente Química: FÍSICO-QUÍMICA. São Paulo: FTD, p. 291, 2001.

168 2CO (g) + O 2(g) 2CO 2(g) 1ª etapa: [CO] = x [O 2 ] = y v = k. [CO] 2. [O 2 ] v = k. [CO] 2. [O 2 ] v = k. x 2. y v = k. x 2. y 2ª etapa: [CO] = 2x [O 2 ] = 2y v= k. [CO] 2. [O 2 ] v, = k. (2x) 2. (2y) v, = k. 4x 2. 2y v, = k. (2x) 2. (2y) v, = k. 4x 2. 2y v, = 8v v, = 8v RESOLUÇÃO A velocidade aumentará 8 vezes.

169 As variações de temperatura modificam o valor da constante de velocidade (k). c) Temperatura. Um aumento na T, aumenta a freqüência das colisões intermoleculares e aumenta a energia cinética das moléculas fazendo com que um maior número alcance a energia mínima para reagir (E at ). Um aumento na energia cinética (agitação molecular) favorece a ruptura das ligações.

170 Regra de VantHoff Um aumento de 10ºC faz com que a velocidade da reação dobre. Temperatura10ºC20ºC40ºC VelocidadeV2V8V

171 EXERCÍCIO-9 A regra de VantHoff diz que um A regra de VantHoff diz que um aumento de 10 o C na temperatura duplica a velocidade de uma reação química. aumento de 10 o C na temperatura duplica a velocidade de uma reação química. Admita que essa regra seja válida para as reações que fazem os alimentos estragarem. Dentro de uma geladeira (5 o C) os alimentos estragam com uma certa velocidade. Admita que essa regra seja válida para as reações que fazem os alimentos estragarem. Dentro de uma geladeira (5 o C) os alimentos estragam com uma certa velocidade.

172 Quantas vezes mais rápido o alimento estragaria se estivesse fora da geladeira: Quantas vezes mais rápido o alimento estragaria se estivesse fora da geladeira: a) Em um dia a 15 o C? a) Em um dia a 15 o C? b) Em um dia a 25 o C? b) Em um dia a 25 o C? c) Em um dia a 35 o C? c) Em um dia a 35 o C? Fonte: CANTO, E. l.; PERUZZO, T.M. Química na abordagem do cotidiano – Físico-Química: volume 2. 2ed. São Paulo: Moderna, p. 272, 1998.

173 Se a cada 10 o C de aumento na temperatura a velocidade da reação duplica, então, sendo v a Velocidade com que o alimento estraga a 5 o C, podemos concluir que: a) A 15 o C, a velocidade com que o alimento estraga é 2v. b) A 25 o C, a velocidade com que o alimento estraga é 4v. c) A 35 o C, a velocidade com que o alimento estraga é 8v. RESOLUÇÃO

174 d) Presença de catalisadores. Catalisadores são substâncias que, quando presentes, aumentam a velocidade das reações químicas, sem serem consumidos. Ao final encontram-se qualitativa e quantitativamente inalterados. Os catalisadores encontram caminhos alternativos para a reação, envolvendo menor energia (diminuem a Energia de Ativação), tornando-a mais rápida.

175 Fonte: Rosana N. R. Campos Ea 2 Ea 1 reagente produto H < 0 Caminho da reação E (KJ/mol) Complexo ativado com catalisador Complexo ativado sem catalisador Gráfico Cinética Química e a influência do Catalisador

176 Características dos catalisadores a) Aumentam a velocidade das reações; b) Não são consumidos durante as reações; c) Não iniciam reações, mas interferem nas que já ocorrem sem a sua presença; d) Podem ser utilizados em pequenas quantias, visto que não são consumidos; e) Seus efeitos podem ser diminuídos pela presença de venenos de catálise. f) A introdução do catalisador diminui a Energia de Ativação.

177 Como funciona o catalisador automotivo? O catalisador têm aspecto semelhante a uma colméia proporcionando uma maior superfície de contato entre o catalisador e os gases que saem do motor. Sua função é acelerar a oxidação dos gases emitidos após a combustão.

178 O catalisador acelera as reações químicas, que transformam os poluentes (CO, NO x, HC) em compostos menos prejudiciais à saúde (CO 2, H 2 0, N 2 ).

179 Energia (Kcal/mol) Caminho da reação EXERCÍCIO-10 Considere gráfico: A + B AB 36

180 Agora, responda: a) Qual a energia de ativação com catalisador? b) Qual a energia de ativação sem catalisador? c) Qual a diminuição da energia de ativação provocada pelo catalisador? d) Qual a energia liberada pela reação? Fonte: SARDELA, A.; MATEUS, E. Curso de Química: volume 2. 10ed. São Paulo: Ática, p. 162, 1992.

181 a) 30-15= 15 Kcal/mol. b) 36-15= 21 Kcal/mol. c) 36-30= 6 Kcal/mol. d) ΔH=produto - reagente ΔH=8-15= -7 Kcal/mol. ΔH=8-15= -7 Kcal/mol. RESOLUÇÃO

182 Catálise heterogênea: o catalisador encontra-se numa fase diferente dos reagentes e produtos. Ex: Catálise homogênea: o catalisador encontra-se na mesma fase dos reagentes e produtos. Ex: Uma reação que ocorre na presença de um catalisador é chamada catálise. Existem dois tipos de catalisadores: Homogêneos e heterogêneos. CATÁLISE

183 EXERCÍCIO-11 Classifique as catálises em homogênea ou heterogênea: Fonte: LEMBO, A.; SARDELA, A. Química: volume 2. 10ed. São Paulo: Ática, p. 137, 1988.

184 RESOLUÇÃO a) catálise heterogênea reagentes (gasosos) e catalisador (sólido) b) catálise heterogênea reagente (gasoso) e catalisador (sólido) c) catálise homogênea reagentes (gasosos) e catalisador (gasoso)

185 Em reações envolvendo reagentes gasosos, quando se aumenta a pressão ocorre diminuição do volume e consequentemente há aumento na concentração dos reagentes, aumentando o número de colisões. e) Pressão. -quimica.htm

186 A pressão parcial de um gás é diretamente proporcional à sua concentração. Maior pressão parcial Maior velocidade Maior concentração

187 Ordem de uma reação Chama-se ordem de uma reação (ordem global) à soma dos valores das potências a que as concentrações de reagentes se encontram elevadas a equação cinética da reação. H NO 1 N 2 O + H 2 O V = k [H 2 ].[NO] 2 Ordem da reação: 1 +2 = 3 (3ª ordem) Em relação ao H 2 : 1ªordem, v = k [H 2 ] Em relação ao NO: 2ªordem, v = k [NO] 2

188 Molecularidade É o número de moléculas que se chocam em cada reação elementar ou em uma etapa de uma reação não-elementar. H NO 1 N 2 O + H 2 O Molecularidade igual a 3 (trimolecular).

189 Considerando a reação NO 2(g) + CO (g) NO (g) + CO 2(g) Que ocorre em uma única etapa e que, numa dada temperatura, apresenta a lei experimental de velocidade dada por v=K[NO 2 ] [CO]. Qual a ordem e a molecularidade dessa reação? EXERCÍCIO-12 Fonte: FELTRE, R. FÍSICO-QUÍMICA: volume 2. 6ed. São Paulo: Moderna, p. 167, 2004.

190 A reação é de 2 ª ordem, visto que a soma dos expoentes na fórmula da velocidade é igual a 2. A molecularidade é também igual a 2, pois, ocorrendo a reação em uma única etapa, ela envolverá o choque de 2 moléculas (NO 2 e CO). RESOLUÇÃO

191 BIBLIOGRAFIA BENABOU, J.; RAMANOSKI, M. Química: volume único. São Paulo: Atual, CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química na abordagem do cotidiano – Físico-Química: volume 2. 2ed. São Paulo: Moderna, CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química: volume único. 2 ed. São Paulo: Moderna, CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química na abordagem do cotidiano: volume único. 2ed. São Paulo: Moderna, CARVALHO, G. C.; Química Moderna 2. São Paulo:Scipione, CARVALHO, G. C.; SOUZA, C. L. Química de olho no mundo do trabalho: volume único. São Paulo:Scipione, FELTRE, R. FÍSICO-QUÍMICA: volume 2. 6ed. São Paulo: Moderna, FONSECA, Martha Reis Marques da. Completamente Química: FÍSICO-QUÍMICA. São Paulo: FTD, HARTWIG, D. R., SOUZA, E. e MOTA, R. N. Físico- Química: volume 2. São Paulo, Scipione, LEMBO, A.; SARDELA, A. Química: volume 2. 10ed. São Paulo: Ática, MATSUI, Ana N.; LINGUANOTO, Maria; UTIMURA, Teruko Y. Química, 2: 2o Grau. São Paulo: Editora FTD, NOBREGA, O. S.; SILVA, E. R.; SILVA, R. H. Química: volume único. 1ed. São Paulo: Ática, SANTOS, W. L. P.; MÓL, G. S. Química e Sociedade: volume único. São Paulo: Nova Geração, SARDELA, A.; MATEUS, E. Curso de Química: volume 2. 10ed. São Paulo: Ática, USBERCO,J.;SALVADOR,E. Química: volume único. 2ed. São Paulo: Saraiva, 1998.

192

193 ington_Barbecue_Festival_-_Juggler.jpg cks_Surf_Contest_2010.jpg

194 08/imagens/guia10.jpg g?s=MLB&f= _1894.jpg&v=P Indicador de umidade do ar conhecido como galinho do tempo, revestido com um sal de cobalto II, de coloração azul. Em dias chuvosos, a cor azul se transforma em rosa, devido à hidratação do sal. CoCl 2(s) + H 2 O (l) CoCl 2.2H 2 O (l)) azul róseo

195 Por que usamos limão ou vinagre para remover o cheiro de peixe das mãos? CH 3 NH 2 + H 2 O CH 3 NH OH - cheiro de peixe inodoro base O limão e o vinagre são ácidos (H+) e neutralizam os íons (OH-), deslocando o equilíbrio para a direita. %C3%A3o ve/arquivos/File/imagens/3quimica/3p eixe.jpg

196 Os resíduos alimentares que ficam na boca após as refeições são os principais responsáveis pela formação de caries (desmineralização do esmalte dos dentes). Ca 5 (PO 4 ) 3 OH (s) 5Ca 2+ (aq) + 3PO 4 3- (aq) + OH - (aq) Uma das causas da cárie é a presença de bactérias aderidas ao esmalte dental, que fermentam os resíduos alimentares produzindo ácidos. A presença dos ácidos é confirmada pela queda do pH da boca após as refeições. desmineralização mineralização /wiki/C%C3%A1rie

197 O refrigerante é uma solução supersaturada de gás carbônico (CO 2 ). Quando a garrafa é aberta, o sistema sofre uma perturbação que provoca a expulsão do excesso de gás dissolvido. H 2 O (l) + CO 2(aq) H 2 CO 3(aq) pt.wikipedia.org/wiki/C oca-Cola

198 O submarino russo Kursk afundou, em 12 de agosto de 1000, no mar de Barents, vitimando 118 tripulantes. As mortes desses tripulantes ocorreram devido ao efeito da pressão, que no submarino era de 12 atmosferas. O aumento da pressão comprimiu os pulmões dos indivíduos, causando as mortes. e:USS_Queenfish; jpg

199 Dá para imaginar que em um aquário existam tantos sistemas químicos que possam ser descritos por equações matemáticas? Há o equilíbrio de ionização da água; de solubilidade do gás oxigênio e gás carbônico; de acidez do ácido carbônico, etc. 3%A1rio_de_Mora_-_Aqu%C3%A1rio_3.JPG

200 No vinagre existe um equilíbrio homogêneo envolvendo o ácido acético: CH 3 COOH (aq) H + (aq) + CH 3 COO - (aq) No leite de magnésia existe um equilíbrio heterogêneo envolvendo o hidróxido de magnésio: Mg(OH) 2(s) Mg 2+ (aq) + 2OH - (aq) Rosana N. R. Campos

201 Uma piscina bem tratada deve ter, entre outras coisas, um pH estável na faixa de 7,2 a 7,8 (o ideal é 7,5). A absorção estomacal da aspirina envolve um deslocamento de equilíbrio. s/peraltas_piscina.jpg ki/File:Mosul-swimming.jpg

202 A adição de ácido clorídrico a uma solução amarela de íons cromato (esquerda) faz com que ela fique alaranjada (direita). Caso adicionássemos hidróxido de sódio, ela voltaria a ficar amarela. É o Princípio de Le Chatelier em ação!

203 Reações completas ou irreversíveis São reações nas quais os reagentes são totalmente convertidos em produtos, não havendo sobra de reagente, ao final da reação ! Exemplo: HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (aq) + H 2 O (l ) Essas reações tem rendimento 100 % !

204 Reações incompletas ou reversíveis São reações nas quais os reagentes não são totalmente convertidos em produtos, havendo sobra de reagente, ao final da reação ! Essas reações tem rendimento < 100 % ! Exemplo: H 2(g) + I 2(g) 2HI (g) DIRETA INVERSA

205 Considerando a reação química: H 2(g) + I 2(g) 2HI (g) A velocidade direta será: v 1 = k 1 [H 2 ] [I 2 ] A velocidade inversa será: v 2 = k 2 [HI] 2

206 A medida que a reação avança a velocidade direta vai diminuindo e a inversa aumentando, até o momento em que as duas tornam-se iguais e a velocidade global nula ! v direta = v inversa v 1 = k 1 [H 2 ] [I 2 ] e v 2 = k 2 [HI] 2 Esse momento é chamado de Equilíbrio Químico.

207 V 1 = reação direta H 2 + I 2 2 HI V 2 = reação inversa 2 HI H 2 + I 2 H 2 + I 2 2 HI V 1 = V 2 H 2(g) + I 2(g) 2 HI (g) 1 2 t e Caminho da reação CONCENTRAÇÃOCONCENTRAÇÃO

208 reação direta reação inversa Tempo EQUILÍBRIO QUÍMICO Velocidade Equilíbrio

209 CARACTERÍSTICAS DO EQUILÍBRIO QUÍMICO O equilíbrio químico é atingido quando as velocidades das reações direta e inversa se igualam. Em conseqüência das velocidades direta e inversa serem iguais, as concentrações de todas as substâncias presentes no equilíbrio permanecem constantes.

210 O equilíbrio é dinâmico, as reações direta e inversa continuam ocorrendo. O equilíbrio ocorre em um sistema fechado. Toda reação reversível caminha espontaneamente para o equilíbrio, pois nele a energia armazenada é a menor possível (maior estabilidade).

211 Uma vez estabelecido o equilíbrio, suas características macroscópicas não variam mais. (macroscopicamente tudo para, microscopicamente tudo continua). O sistema permanece em equilíbrio até que um fator externo venha modificá-lo. Esse fator externo pode ser: concentração, temperatura ou pressão.

212 FASES E EQUILÍBRIO Equilíbrios podem ser: -HOMOGÊNEOS: todos os participantes formam uma única fase. Ex: H 2(g) + Br 2(g) 2HBr (g) -HETEROGÊNEOS: todos os participantes formam mais que uma fase. Ex: CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(g)

213 Deslocamento do equilíbrio químico (Princípio de Le Chatelier) Toda vez que o equilíbrio sofrer a ação de uma força, ele se deslocará, para a esquerda ou para a direita, no sentido de anular ou minimizar a ação desta força.

214 Qual a finalidade de provocar deslocamento num equilíbrio? As reações químicas ocorrem sempre de modo a se estabelecer um equilíbrio, ou seja, elas nunca se completam. Então, para se completarem num determinado sentido, é preciso romper esse equilíbrio.

215 Para tanto, utiliza-se excesso de um dos reagentes que vai provocar deslocamento tão intenso que será capaz de quase anular o processo contrário, rompendo assim o equilíbrio. Ex: álcool etílico + ácido acético acetato de etila + água 1 mol Obtém-se apenas 66% de acetato. 50 mol1 molObtém-se praticamente 100% de acetato

216 Fatores (agentes externos) que alteram a velocidade de reação num equilíbrio. 1. Concentração dos participantes. 2. Temperatura. 3. Pressão. * Obs.: O catalisador não desloca o equilíbrio, pois acelera igualmente as reações direta e inversa.

217 1 – Concentração dos participantes (reagentes ou produtos). * A adição ou aumento na concentração de uma substância X (reagente ou produto) irá deslocar o equilíbrio no sentido em que a substância é consumida (lado oposto). * A remoção ou diminuição na concentração de uma substância X (reagente ou produto) irá deslocar o equilíbrio no sentido em que a substância é produzida (mesmo lado).

218 1- EXEMPLO Na reação de síntese da amônia N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g) I - adicionando N 2 ou H 2 o equilíbrio desloca-se no sentido de formar NH 3. ( ) II - removendo-se NH 3 o equilíbrio desloca-se no sentido de regenerá-la. ( ) Fonte: BENABOU, J.; RAMANOSKI, M. Química: volume único. São Paulo: Atual, p. 266, 2003.

219 N 2(g) + 3H 2(g) 2 NH 3(g) tempo concentração amônia (produto) nitrogênio (reagente) hidrogênio (reagente) equilíbrio

220 H 2 (g) + I 2 (g) 2HI(g) O aumento da [H 2 ] desloca o equilíbrio para a direita, havendo consumo de I 2 e produção de HI. O equilíbrio é restabelecido novamente no tempo T 2, onde as concentrações de todas as substâncias presentes no equilíbrio não variam mais. Note que H 2 foi acrescentado no tempo T 1, pois há um aumento brusco de sua concentração. 2- EXEMPLO Fonte: SARDELA, A.; MATEUS, E. Curso de Química: volume 2. 10ed. São Paulo: Ática, p. 190, 1992.

221 H2H2 I2I2 HI T1T1 T2T2 CONCENTRAÇÃOCONCENTRAÇÃO H 2 + I 2 2 HI

222 Perturbação do equilíbrio A + B adição A + B A + B remoção C + D remoção C + D C + D adição C + D

223 2 - Influência das variações na temperatura Pakkanen.jpg

224 Um aumento na temperatura provoca o deslocamento do equilíbrio no sentido da reação que absorve calor ΔH>0. (reação endotérmica). Uma diminuição na temperatura provoca o deslocamento do equilíbrio no sentido da reação que libera calor ΔH<0. (reação exotérmica).

225 Portanto, na produção de amônia o reator deve estar permanentemente resfriado ! 3- EXEMPLO A síntese da amônia é exotérmica N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g) ΔΗ= -17 Kcal/mol I- um aumento na temperatura favorece o sentido da reação endotérmica.( ) II- um resfriamento (diminuição na temperatura favorece a síntese da amônia, ou seja, o sentido direto, reação exotérmica.( ) Fonte: BENABOU, J.; RAMANOSKI, M. Química: volume único. São Paulo: Atual, p. 268, 2003.

226 3-Influência das variações na pressão total p= 1atm V= 2L V= 1L p= 2atm

227 Um aumento na pressão total ( redução de volume ) provoca um deslocamento do equilíbrio no sentido do menor número de mols gasosos. Uma diminuição na pressão total ( aumento de volume ) provoca um deslocamento do equilíbrio no sentido do maior número de mols gasosos. As variações de pressão somente afetarão os equilíbrios que apresentam componentes gasosos, nos quais a diferença de mols gasosos entre reagentes e produtos seja diferente de zero.

228 Se a diferença de mol gasoso for nula a variação de pressão não desloca o equilíbrio. 4- EXEMPLO Na síntese da amônia ocorre diminuição no número de mols gasosos. 1 N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g) I- um aumento na pressão desloca o equilíbrio no sentido de menor volume, menor n o de mol. ( ) II - uma redução de pressão desloca o equilíbrio no sentido de maior volume, maior n o de mol. ( ) Fonte: NOBREGA, O. S.; SILVA, E. R.; SILVA, R. H. Química: volume único. 1ed. São Paulo: Ática, p. 473, 2005.

229 1- EXERCÍCIO Para a reação em equilíbrio: PCl 3(g) + Cl 2(g) PCl 5(g) Diga qual é o efeito de cada um dos seguintes fatores sobre o equilíbrio inicial: a)adição de PCl 3 ; b) remoção de Cl 2 ; c) adição de catalisador; d) diminuição do volume do recipiente. Fonte: USBERCO, J.; SALVADOR, E. Química: volume único. 2ed. São Paulo: Saraiva, p. 375, 1998.

230 RESOLUÇÃO Para a reação em equilíbrio: PCl 3(g) + Cl 2(g) PCl 5(g) a) adição de PCl 3 desloca o equilíbrio para a direita. b) remoção de Cl 2 desloca o equilíbrio para a esquerda. c) adição de catalisador não desloca o equilíbrio. d) diminuição do volume do recipiente desloca o equilíbrio para a direita.

231 2- EXERCÍCIO O poluente dióxido de enxofre converte-se em trióxido de enxofre por reação com o oxigênio: 2SO 2(g) + O 2(g) 2SO 3(g) ΔH= -198KJ Sobre esse equilíbrio, realizado em recipiente fechado, qual é o efeito de se: a)adicionar SO 2 ? b) remover O 2 ? c) aumentar a temperatura? d) aumentar a pressão? Fonte: SARDELA, A.; MATEUS, E. Curso de Química: volume 2. 10ed. São Paulo: Ática, p. 192, 1992.

232 RESOLUÇÃO 2SO 2(g) + O 2(g) 2SO 3(g) ΔH= -198KJ a)adicionando SO 2 o equilíbrio é deslocado para a direita. b) removendo O 2 o equilíbrio é deslocado para a esquerda. c) Aumentando a temperatura favorece a reação endotérmica e o equilíbrio é deslocado para a esquerda. d) aumentando a pressão o equilíbrio é deslocado para o lado de menor volume, ou seja, para a direita.

233 H 2(g) + I 2(g) 2HI (g) *Sólido puro não participa do (Kc). CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(g) (Kc) CONSTANTE DE EQUILÍBRIO EM TERMOS DE CONCENTRAÇÃO

234 H 2(g) + I 2(g) 2HI (g) *Kp é só para gases. CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(g) (Kp) CONSTANTE DE EQUILÍBRIO EM TERMOS DE PRESSÃO

235 1N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) Kp=Kc.(R.T) 2-(1+3) Kp=Kc.(R.T) 2-4 RELAÇÃO ENTRE Kp e Kc

236 A mudança na temperatura é o único fator que altera o valor da constante de equilíbrio (K c ou K p ). - para reações exotérmicas: T K c - para reações endotérmicas: T K c

237 5- EXEMPLO - Cálculo da constante K c O PCl 5 se decompõe, segundo a equação: PCl 5 PCl 3 + Cl 2 Ao iniciar havia 3,0 mol/L de PCl 5 e ao ser alcançado o equilíbrio restou 0,5 mol/L do reagente não transformado. Calcular K c. Fonte: Adaptação USBERCO, J.; SALVADOR, E. Química: volume único. 2ed. São Paulo: Saraiva, p. 368, 1998.

238 RESOLUÇÃO A constante de equilíbrio será: K c = [PCl 3 ].[Cl 2 ] / [PCl 5 ] = [2,5].[2,5] / [0,5] K c = 12,5 mol/L PCl 5(g) PCl 3(g) Cl 2(g) início3 mol00 proporçãogasta 2,5 mol gasta 2,5 mol forma 2,5 mol equilíbrio0,5 mol2,5 mol

239 3- EXERCÍCIO Escreva a expressão de Kc e Kp para os seguintes equilíbrios: a)CO (g) + Cl 2(g) COCl 2(g) b) NH 4 Cl (s) NH 3(g) + HCl (g) c) 2SO 2(g) + O 2(g) 2SO 3(g) d) CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(g) Fonte: CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química: volume único. 2 ed. São Paulo: Moderna, p. 228, 2003.

240 RESOLUÇÃO

241 4- EXERCÍCIO Na precipitação de chuva ácida, um dos ácidos responsáveis pela acidez é o ácido sulfúrico. Um equilíbrio envolvido na formação desse ácido na água da chuva é: 2SO 2(g) + O 2(g) 2SO 3(g) Calcule o valor de Kc nas condições em que, reagindo-se 6mol/L de SO 2 com 5mol/L de O 2, obtêm-se 4mol/L de SO 3 quando o sistema atinge o equilíbrio. Fonte: USBERCO, J.; SALVADOR, E. Química: volume único. 2ed. São Paulo: Saraiva, p. 365, 1998.

242 RESOLUÇÃO Kc= 1,33 2SO 2(g) O 2(g) 2SO 3(g) início6 mol5 mol0 proporção gasta 4 mol gasta 2 mol forma 4 mol equilíbrio2 mol3 mol4 mol

243 Surfing_in_Hawaii%2B50_saturation.jpg EQUILÍBRIO QUÍMICO EM MEIO AQUOSO

244 Ex.: HCN (aq.) + H 2 O (l) H 3 O + (aq.) + CN - (aq.) Neste caso, é possível dizer que o Kc representa a constante de equilíbrio da ionização – será representada por Ki ( i = ionização). Obs.: Considerando que a água é o solvente e sua concentração não varia, conclui-se que ela é constante – logo não faz parte do Kc. CONSTANTE DE IONIZAÇÃO

245 Ka= constante de ionização para ácidos. Kb= constante de ionização ou dissociação para bases. α= grau de ionização ou dissociação. CONSTANTE DE IONIZAÇÃO Quanto maior o valor da Ki. Maior (α) Maior será sua força.

246 Ácidos e bases Força de um ácido e de uma base. Quanto mais forte for um ácido, tanto mais ele sofrerá ionização e fornecerá íons H +. HA + H 2 OH 3 O + + A - Ka= Constante de ionização de um ácido

247 Quanto mais forte for uma base, tanto mais ela sofrerá dissociação e fornecerá íon OH -. BOH + H 2 OB + + OH - Kb= Constante de dissociação de uma base

248 Constante de ionização LEI DA DILUIÇÃO DE OSTWALD No caso de ácidos e bases fracos (α<5%): 1–α 1 M= concentração molar (mol/L)

249 LEI DA DILUIÇÃO DE OSTWALD Constante (desde que a temperatura seja fixa) O grau de ionização aumenta......quando a solução é diluída.

250 6- EXEMPLO O ácido acetilsalicílico, mais conhecido como aspirina, é um ácido orgânico fraco, cuja fórmula será representada por HAsp. Uma solução aquosa é preparada dissolvendo-se 0,1 mol de HAsp por litro. A concentração de H + nessa solução é 0,004 mol/L. Calcule o Ka (constante de ionização) da aspirina. Fonte: USBERCO, J.; SALVADOR, E. Química: volume único. 2ed. São Paulo: Saraiva, p. 381, 1998.

251 RESOLUÇÃO Sabemos que: [H + ]=0,004 mol/L e M= 0,1 mol/L do HAsp

252 5- EXERCÍCIO O ácido butanóico é o responsável pelo odor de alguns queijos e também da manteiga rançosa. Verifica-se que, numa solução 0,04 mol/L desse monoácido, a concentração hidrogeniônica (isto é, [H + ]) é 8, mol/L. Determine o valor de Ka para esse ácido. Fonte: CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química: volume único. 2 ed. São Paulo: Moderna, p. 238, 2003.

253 RESOLUÇÃO Sabemos que: M= 0,04 mol/L e [H + ]= 8, mol/L

254 H 2 O (l) H + (aq) + OH - (aq) PRODUTO IÔNICO DA ÁGUA Constante (Kw) Produto iônico da água.

255 Meio neutro: [H + ] = [OH - ] PRODUTO IÔNICO DA ÁGUA Meio ácido: [H + ] > [OH - ] Meio básico: [H + ] < [OH - ] Rosana N. R. Campos /Ficheiro:Stilles_Mineralwass er.jpg pictures.net/view- image.php?image=3840& picture=produtos-de- limpeza

256 PRODUTO IÔNICO DA ÁGUA Água pura a 25 o C [H + ]=[OH - ] =10 -7 mol/L Kw=[H + ].[OH - ] Kw=(10 -7 ).(10 -7 ) Kw= Quanto maior a [H + ] mais ácida é a solução. Quanto maior a [OH - ] mais básica (alcalina) é a solução.

257 O termo pH (potencial hidrogeniônico) foi introduzido, em 1909, pelo bioquímico dinamarquês Soren Peter Lauritz Sorensen, com o objetivo de facilitar seus trabalhos no controle de qualidade de cervejas. ESCALA DE pH E pOH Kranz_Koelsch.jpg

258 ÁGUA PURA [H + ]= 1, mol/L pH=7 [OH - ]= 1, mol/L pOH=7 EXEMPLOS Meio neutro: [H + ] = [OH - ] /Ficheiro:Stilles_Mineralwass er.jpg

259 VINAGRE [H + ]= 1, mol/L pH=3 [OH - ]= 1, mol/L pOH=11 Meio ácido: [H + ] > [OH - ] Rosana N. R. Campos

260 LIMPADOR COM AMÔNIA [H + ]= 1, mol/L pH=12 [OH - ]= 1, mol/L pOH=2 Meio básico: [H + ] < [OH - ] image.php?image=3840&picture=produtos- de-limpeza

261 ESCALA DE pH E pOH Potencial hidroxiliônico (pOH) pOH= - log [OH - ] Potencial hidrogeniônico (pH) pH= - log [H + ]

262

263 pHmetro (peagâmetro) 00hm.jpg

264 7- EXEMPLO Um suco de limão apresenta [H + ]= 5, mol/L. Calcule o pH desse suco. Dado: log 5= 0,7 Lim%C3%A3o Fonte: CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química: volume único. 2 ed. São Paulo: Moderna, p. 242, 2003.

265 RESOLUÇÃO [H + ]= 5, mol/L log 5= 0,7 pH= - log [H + ] pH= - log 5, pH= - (log 5 – log ) pH= - (0,7 – 3) pH= 2,3

266 6- EXERCÍCIO A análise de uma cerveja revelou que sua concentração hidrogeniônica (isto é,[H + ]) é igual a 6, mol/L. Determine o pH e o pOH desse líquido. Dado: log 6,3= 0,8 icheiro:Kranz_Koelsch.jpg Fonte: CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química: volume único. 2 ed. São Paulo: Moderna, p. 242, 2003.

267 RESOLUÇÃO [H + ]= 6, mol/L log 6,3= 0,8 pH= - log [H + ] pH= - log 6, pH= - (log 6,3 – log ) pH= - (0,8 – 5) pH + pOH= 14 pH= 4,2 pOH= 9,8

268 7- EXERCÍCIO Assinale, das misturas citadas, aquela que apresenta maior caráter básico. a) Leite de magnésia, pH=10 b) Suco de laranja, pH=3,0 c) Água do mar, pH=8,0 d) Leite de vaca, pH=6,3 e) Cafezinho, pH=5 Fonte: CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química: volume único. 2 ed. São Paulo: Moderna, p. 244, 2003.

269 RESOLUÇÃO a) pH= 10 pOH= 4 b) pH= 3,0 pOH= 11 c) pH= 8,0 pOH= 6 d) pH= 6,3 pOH= 7,7 e) pH= 5 pOH= 9 *Maior caráter básico (maior pH e menor pOH). Letra a

270 8- EXERCÍCIO Ao analisar um produto para remover crostas de gordura de fornos domésticos, um técnico descobriu que ele contém 0,20 mol/L de íons hidroxila (OH - ). Determine o pH desse produto, sabendo que log 2=0,3. Fonte: CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química: volume único. 2 ed. São Paulo: Moderna, p. 243, 2003.

271 RESOLUÇÃO [OH - ]= 0,20 mol/L 2, mol/L log 2= 0,3 pOH= - log [OH - ] pOH= - log 2, pOH= - (log 2,0 – log ) pOH= - (0,3 – 1 ) pOH= 0,7 pH + pOH= 14 pH= 13,3

272 São ácidos ou bases orgânicos(as) fracas, que estão em equilíbrio. Dependendo do meio em que são colocados, mudam de cor. Daí serem utilizados para determinar se o meio é ácido ou básico. INDICADORES ÁCIDO-BASE Exemplos: papel de tornassol, fenolftaleína, azul de bromotimol, alaranjado de metila, solução de repolho-roxo e outros.

273 HInd H + + Ind - vermelho azul Em meio ácido há um aumento na [H + ] existente no equilíbrio, que é deslocado para a esquerda, favorecendo a cor vermelho. HInd H + + Ind - Em meio básico há uma diminuição na [H + ] existente no equilíbrio, que é deslocado para a direita, favorecendo a cor azul. HInd H + + Ind - 8-EXEMPLO Fonte: HARTWIG, D. R., SOUZA, E. e MOTA, R. N. Físico- Química: volume 2. São Paulo, Scipione, p. 214, 1999.

274 Observe a foto ao lado: Rosana N. R. Campos No béquer da direita há uma solução aquosa de dicromato de potássio. O equilíbrio está assim equacionado: 2CrO 4 2- (aq) + 2H + (aq) Cr 2 O 7 2- (aq) + H 2 O (l) 9-EXERCÍCIO

275 Dos participantes, os íons cromato (CrO 4 2- ) têm cor amarela, os íons dicromato (Cr 2 O 7 2- ) têm cor alaranjada e os demais incolores. O béquer da direita continha uma solução idêntica à do outro, porém a ela foi adicionado um pouco de solução aquosa de ácido clorídrico, que acarreta a mudança de cor observada. Explique por que ocorre a mudança de cor. Fonte: CANTO, E. l.; PERUZZO, T.M. Química: volume único. 2 ed. São Paulo: Moderna, p. 238, 2003.

276 2CrO 4 2- (aq) + 2H + (aq) Cr 2 O 7 2- (aq) + H 2 O (l) amarela alaranjada A adição de ácido clorídrico aumenta a concentração de íons H + na solução. De acordo com o Princípio de Le Chatelier, isso provoca um deslocamento do equilíbrio para a direita, produzindo mais dicromato e favorecendo a cor alaranjada. RESOLUÇÃO

277 É o nome do processo em que o cátion e/ou ânion proveniente(s) de um sal reage(m) com a água. Apenas cátions de base fraca e ânions de ácido fraco sofrem hidrólise. HIDRÓLISE SALINA SAL + ÁGUA ÁCIDO + BASE

278 Sal de ácido fraco e base forte solução básica Sal de ácido forte e base fraca solução ácida Sal de ácido forte e base forte solução neutra Sal de ácido fraco e base fraca: Se Ka > Kb solução ácida Se Ka Kb solução básica RESUMINDO CASOS POSSÍVEIS DE HIDRÓLISE Ácido mais forte que a base solução ácida Base mais forte que o ácido solução básica

279 HIDRÓLISE SALINA DE ÁCIDO FORTE E BASE FRACA Hidrólise do cátion (íon proveniente da base fraca). NH 4 NO 3(aq) + HOH (l) NH 4 OH (aq) + HNO 3(aq) base fraca ácido forte (não-ionizada) (ionizado) NH 4 + (aq) + NO 3 - (aq) + H 2 O (l) NH 4 OH (aq) + (aq) + NO 3 - (aq) H+H+ NH 4 + (aq) + H 2 O (l) NH 4 OH (aq) + (aq) Solução ácida pH<7. H+H+

280 HIDRÓLISE SALINA DE ÁCIDO FRACO E BASE FORTE Hidrólise do ânion (íon proveniente do ácido fraco). KCN (aq) + HOH (l) KOH (aq) + HCN (aq) base forte ácido fraco (dissociada) (não-ionizado) K + (aq) + CN - (aq) + H 2 O (l) K + (aq) + (aq) + HCN (aq) OH - CN - (aq) + H 2 O (l) (aq) + HCN (aq) Solução básica pH>7. OH -

281 HIDRÓLISE SALINA DE ÁCIDO FRACO E BASE FRACA Kb>Ka solução ligeiramente básica (pH>7). NH 4 CN (aq) + HOH (l) NH 4 OH (aq) + HCN (aq) base fraca ácido fraco (não-ionizada) (não-ionizado) NH 4 + (aq) + CN - (aq) + H 2 O (l) NH 4 OH (aq) + HCN (aq) Comparando: Ka= 4, e Kb= 1, Hidrólise do cátion e do ânion.

282 HIDRÓLISE SALINA DE ÁCIDO FORTE E BASE FORTE Não ocorreu hidrólise (íons provenientes de base e ácido fortes. NaCl (aq) + HOH (l) NaOH (aq) + HCl (aq) base forte ácido forte (dissociada) (dissociado) Na + (aq) + Cl - (aq) + H 2 O (l) Na + (aq) + OH - (aq) + H + (aq) + Cl - (aq) H 2 O (l) OH - (aq) + H + (aq) Solução neutra pH=7

283 9- EXEMPLO A água sanitária ou água de lavadeira é uma solução aquosa de hipoclorito de sódio (NaClO).Experimentalmente, verifica-se que esse produto é básico, o que pode ser explicado em virtude: a) da hidrólise do cátion. b) da hidrólise do ânion. c) da hidrólise do cátion e do ânion. d) de não haver hidrólise. Fonte: CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química na abordagem do cotidiano – Físico- Química: volume 2. 2ed. São Paulo: Moderna, p. 355, 1998.

284 RESOLUÇÃO NaClO (aq) + HOH (l) NaOH (aq) + HClO (aq) base forte ácido fraco Na + + ClO - + HOH Na + + OH - + HClO ClO - + HOH OH - + HClO Hidrólise do ânion meio básico (ácido fraco) (pH>7) Letra b (hidrólise do ânion).

285 10- EXERCÍCIO A espécie química produzida na reação de bicarbonato de sódio (NaHCO 3 ) com água que neutraliza a acidez estomacal excessiva é: a) H + c) Na + e) OH - b) CO 2 d) CO 3 2- Fonte: CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química na abordagem do cotidiano – Físico- Química: volume 2. 2ed. São Paulo: Moderna, p. 356, 1998.

286 RESOLUÇÃO NaHCO 3(aq) + HOH (l) NaOH (aq) + H 2 CO 3(aq) base forte ácido fraco Na + + HCO HOH Na + + OH - + H 2 CO 3 HCO HOH OH - + H 2 CO 3 Hidrólise do ânion meio básico (ácido fraco) (pH>7) Letra e. (OH - )

287 CONSTANTE DE HIDRÓLISE (Kh) Sal (BA) ácido forte (HA) e base fraca (BOH) Sal (BA) ácido fraco (HA) e base forte (BOH) Sal (BA) ácido fraco (HA) e base fraca (BOH)

288 RELAÇÃO ENTRE (kh) E (ka ou Kb). Sal (BA) ácido forte (HA) e base fraca (BOH) Sal (BA) ácido fraco (HA) e base forte (BOH) Sal (BA) ácido fraco (HA) e base fraca (BOH)

289 10- EXEMPLO Escreva a expressão da constante de hidrólise (Kh) para a solução aquosa de nitrato de amônio (NH 4 NO 3 ). Fonte: FELTRE, R. FÍSICO-QUÍMICA: volume 2. 6ed. São Paulo: Moderna, p. 249, 2004.

290 Primeiramente fazemos a hidrólise do sal. NH 4 NO 3(aq) + HOH (l) NH 4 OH (aq) + HNO 3(aq) base fraca ácido forte (não-ionizada) (ionizado) NH 4 + (aq) + NO 3 - (aq) + H 2 O (l) NH 4 OH (aq) + H + (aq) + NO 3 - (aq) NH 4 + (aq) + H 2 O (l) NH 4 OH (aq) + H + (aq) RESOLUÇÃO Em seguida fazemos a equação da constante de hidrólise (Kh):

291 PRODUTO DE SOLUBILIDADE (kps) Solução que apresenta soluto pouco solúvel. Produto das concentrações em mol/L dos íons existentes em uma solução saturada, estando cada concentração elevada à potência igual ao coeficiente do íon na equação de dissociação iônica correspondente.

292 GENERALIZANDO: A x B y(s) xA +y (aq) + yB -x (aq) Se [A +y ] x.[B -x ] y Kps (solução insaturada); Se [A +y ] x.[B -x ] y = Kps (solução saturada, é quando começa a precipitação); Se [A +y ] x.[B -x ] y > Kps (ocorre precipitação até voltarmos à situação da solução saturada).

293 OBSERVAÇÕES: Os valores de Kps somente permanecem constantes em soluções saturadas de eletrólitos pouco solúveis. Kps tem unidade. O valor do Kps de uma substância varia com a temperatura. Se a dissolução for endotérmica, um aumento de temperatura aumenta o valor do Kps. Se for exotérmica, acontecerá o inverso.

294 11- EXEMPLO Fosfato de cálcio Ca 3 (PO 4 ) 2(s) é um dos principais constituintes dos cálculos renais (pedras nos rins). A concentração média de íons Ca +2 (aq) excretados na urina é igual a 2, mol/L. Calcule a concentração de íons PO 4 -3 (aq) que deve estar presente na urina, acima da qual começa a precipitar fosfato de cálcio. Dado: Kps= 1, (mol/L) 5. Fonte: CANTO, E. l.; PERUZZO, T.M. Química na abordagem do cotidiano – Físico- Química: volume 2. 2ed. São Paulo: Moderna, p. 411, 1998.

295 RESOLUÇÃO Sabemos que: [Ca 2+ ]= 2, mol/L [PO 4 3- ]= ? Kps= 1, (mol/L) 5 Ca 3 (PO 4 ) 2(s) 3Ca 2+ (aq) + 2PO 4 3- (aq) Kps= [Ca 2+ ] 3. [PO 4 3- ] 2 1, = (2, ) 3. [PO 4 3- ] 2 [PO 4 3- ]= 3, mol/L

296 11- EXERCÍCIO Certo rio corta a Baixada Fluminense (RJ), onde recebe grande quantidade de resíduos industriais ricos em chumbo, e deságua na Baía de Guanabara. Em amostra coletada na Foz desse rio, à temperatura de 25 o C, constatou-se que a concentração de íon cloreto (Cl - ) é 0,40 mol/L. Sabe-se que o Kps do cloreto de chumbo (PbCl 2 ) é 1, Descubra a concentração máxima de íon de chumbo (Pb 2+ ) presente nessa amostra. Fonte: FELTRE, R. FÍSICO-QUÍMICA: volume 2. 6ed. São Paulo: Moderna, p. 273, 2004.

297 RESOLUÇÃO Sabemos que: [Cl - ]= 0,40 mol/L [Pb 2+ ]= ? Kps= 1, PbCl 2(s) Pb 2+ (aq) + 2Cl - (aq) Kps= [Pb 2+ ]. [Cl - ] 2 1, = [Pb 2+ ].(0,40) 2 [Pb 2+ ]= 1, mol/L

298 SOLUÇÃO-TAMPÃO Solução que praticamente não sofre variação de pH ou de pOH pela adição de pequenas quantidades de ácidos ou bases fortes.

299 CÁLCULO DE pH E DE pOH DE UMA SOLUÇÃO-TAMPÃO. (Equação de Henderson-Hasselbalch). Solução-tampão ácido fraco e seu sal. Solução-tampão base fraca e seu sal.

300 12- EXEMPLO Em estudos ligados à medicina e à biologia é muito importante o conceito de solução-tampão, pois os fluidos biológicos (animais ou vegetais) são, em geral, meios aquosos tamponados. Diga quais dentre os seguintes pares de substâncias, quando em solução aquosa, produzem uma solução- tampão.

301 I. HCl + NaCl II. NaOH + NaCl III. NaCN + HCN IV. NH 4 Cl + NH 4 OH V. CH 3 COOH + NaCH 3 COO Fonte: CANTO, E. l.; PERUZZO, T.M. Química na abordagem do cotidiano – Físico- Química: volume 2. 2ed. São Paulo: Moderna, p. 364, 1998.

302 * Uma solução-tampão é formada por um ácido ou uma base fraca e seu sal I. HCl + NaCl Ácido forte/Sal II. NaOH + NaCl Base forte/Sal III. NaCN + HCN Sal/Ácido fraco IV. NH 4 Cl + NH 4 OH Sal/Base fraca V. CH 3 COOH + NaCH 3 COO Ácido fraco/Sal RESOLUÇÃO Formam soluções-tampão: III, IV e V.

303 12- EXERCÍCIO Uma solução-tampão contém 0,1 mol/L de CH 3 COOH e 0,1 mol/L de NaCH 3 COO. Sabendo que a constante de ionização do ácido acético vale Ka= 1, Determine o pH dessa solução- tampão. Fonte: CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química na abordagem do cotidiano – Físico-Química: volume 2. 2ed. São Paulo: Moderna, p. 364, 1998.

304 RESOLUÇÃO pH= - log 1, log 0,1/0,1 pH= -(log 1,8 - log ) + log 1 pH= - (0,26-5) + 0 pH= - (-4,74) pH= 4,74

305 BIBLIOGRAFIA BENABOU, J.; RAMANOSKI, M. Química: volume único. São Paulo: Atual, CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química na abordagem do cotidiano – Físico-Química: volume 2. 2ed. São Paulo: Moderna, CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química: volume único. 2 ed. São Paulo: Moderna, CANTO, E. l.; PERUZZO, T. M. Química na abordagem do cotidiano: volume único. 2ed. São Paulo: Moderna, CARVALHO, G. C.; Química Moderna 2. São Paulo:Scipione, CARVALHO, G. C.; SOUZA, C. L. Química de olho no mundo do trabalho: volume único. São Paulo:Scipione, FELTRE, R. FÍSICO-QUÍMICA: volume 2. 6ed. São Paulo: Moderna, FONSECA, Martha Reis Marques da. Completamente Química: FÍSICO-QUÍMICA. São Paulo: FTD, HARTWIG, D. R., SOUZA, E. e MOTA, R. N. Físico- Química: volume 2. São Paulo, Scipione, LEMBO, A.; SARDELA, A. Química: volume 2. 10ed. São Paulo: Ática, MATSUI, Ana N.; LINGUANOTO, Maria; UTIMURA, Teruko Y. Química, 2: 2o Grau. São Paulo: Editora FTD, NOBREGA, O. S.; SILVA, E. R.; SILVA, R. H. Química: volume único. 1ed. São Paulo: Ática, SANTOS, W. L. P.; MÓL, G. S. Química e Sociedade: volume único. São Paulo: Nova Geração, SARDELA, A.; MATEUS, E. Curso de Química: volume 2. 10ed. São Paulo: Ática, USBERCO,J.;SALVADOR,E. Química: volume único. 2ed. São Paulo: Saraiva, 1998.

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