Professor Luiz Antônio Tomaz Cinética Química 1 O “air bag” funciona porque a reação química que o infla é ultra rápida. Professor Luiz Antônio Tomaz

O que é cinética química? Etimologicamente, . . . 1. Do grego kinetiké = movimento (por extensão, velocidade) Do grego 2. Do francês chimique = química (por extensão, estudo dos fenômenos químicos)

Cinética química é, portanto, ... Parte da físico-química que estuda a velocidade das reações químicas e os fatores que a influenciam.

Reações química cotidianas e velocidade ... As RQ’s podem apresentar diferentes velocidades. Daí, a importância de estudá-las, visando ao seu melhor aproveitamento.

Reação muitíssimo lenta . . . A formação da ferrugem pode demorar anos. 4Fe + 3O2  2Fe2O3

Reação muito lenta . . . C6H12O6  2C2H5OH + 2CO2 glicose etanol A fermentação do suco de uva para produzir vinho demora meses. C6H12O6  2C2H5OH + 2CO2 glicose etanol

Reação lenta . . . [O] A conversão de vinho em vinagre ocorre em alguns dias, quando o etanol (álcool do vinho) é oxidado a ácido acético (ou etanóico). [O] C2H5OH  CH3COOH álcool ácido etanóico

*principal componente é Reação moderada . . . Na combustão da vela esperamos horas para que a parafina* reaja completamente com oxigênio do ar. *principal componente é C21H44 C21H44 + 32O2  21CO2 + 22H2O parafina

Reação rápida . . . O “escurecimento” de uma fruta demora minutos e é devido à conversão da hidroquinona* em benzoquinona**. *claro **escuro

Decomposição da água oxigenada é imediata. Reação muito rápida . . . Decomposição da água oxigenada é imediata. catalase* H2O2  H2O + 1/2O2 *enzima catalisadora.

Reação ultra-rápida . . . Os “air bags” são equipamentos de segurança que envolve reação química que dura frações de segundo. 6NaN3(s) + Fe2O3(s)  3Na2O(s) + 2Fe(s) + 9N2(g)

Expressão da velocidade Costuma-se expressar a velocidade de reações em função das concentrações.

Expressão da velocidade Velocidade de uma RQ é a grandeza que mede as quantidades* de reagentes (e de produtos) por unidade de tempo. * Geralmente em mols/L

Conceito de velocidade de uma reação química

Exercício resolvido . . . Dada a reação química: 2N2O5(g)  4NO2(g) + O2(g). Foram realizados experimentos com a reação e, à medida que o tempo passou, as concentrações de reagentes e de produtos foram medidas.

Exercício resolvido . . . Os dados constam na tabela.

Exercício resolvido . . . 1. Qual a velocidade média no intervalo 0min a 5min? 2. Qual a velocidade média no intervalo 20min a 30min?

Outro exercício resolvido . . . Considere a equação química. 2NO2(g) + 4CO(g)  N2(g) + 4CO2(g) A formação de N2 tem velocidade média igual a 0,05 mol/min. A massa de CO2(g), em gramas formada em 1(uma) hora é: 8,8 (B) 44 (C) 84,0 (D) 132,0 (E) 528,0

Outro exercício resolvido . . . Resposta certa: letra E. 1.ª parte: 2.ª parte:

A Teoria das Colisões H2(g) + I2(g)  2 HI(g) Dada a reação química . . . H2(g) + I2(g)  2 HI(g) Para facilitar a “visualização” da mesma optamos pelo modelo de Dalton . . . I I H H +  H I I H

A Teoria das Colisões Colisão muito suave . . . I I H H  + + H I I H Reação não ocorre.

Colisão com má orientação . . . A Teoria das Colisões Colisão com má orientação . . . I I H H H  + + I I H Reação não ocorre.

A Teoria das Colisões Colisão efetiva . . . I H I H  + H I I H Reação ocorre.

A Teoria das Colisões 1. Se a energia não for suficiente, a colisão pode acontecer, mas não há rompimento das ligações dos reagentes para que ocorra reação. 2. Essa quantidade mínima de energia necessária para que ocorra rompimento das ligações é a energia de ativação.

Fatores que alteram a velocidade de uma RQ Superfície de contato . . .   Quanto maior a superfície de contato, maior será a velocidade da reação.

Fatores que alteram a velocidade de uma RQ Superfície de contato . . .   Quanto maior é a superfície de contato, maior é o número de choques efetivos entre as partículas dos reagentes e, portanto, maior é a velocidade da reação. 

É por isso que cozinhamos os alimentos. Fatores que alteram a velocidade de uma RQ Temperatura . . . Da mesma forma, quanto maior a temperatura, maior é o número de choques efetivos entre as partículas dos reagentes e, portanto, a velocidade da reação será maior.   É por isso que cozinhamos os alimentos.

Fatores que alteram a velocidade de uma RQ Regra de Van’t Hoff   “A cada aumento de 10°C na temperatura de uma reação química, a velocidade tende* a se duplicar.” *Não necessáriamente.

Fatores que alteram a velocidade de uma RQ Estado físico dos reagentes . . .   O estado gasoso é vantajoso para as reações , pois as partículas possuem maior energia e maior liberdade de movimentos, o que favorece maior número de choques efetivos.

Fatores que alteram a velocidade de uma RQ Estado físico dos reagentes . . .   Na explosão da gasolina, no interior do motor, é desejável que a mesma se encontre no estado gasoso. Gasolina no estado gasoso.

Fatores que alteram a velocidade de uma RQ Pressão . . .   Quanto maior for a pressão num sistema gasoso, menor é o volume ocupado pelos reagentes e maior é a velocidade da reação.

Fatores que alteram a velocidade de uma RQ Luz . . .   Algumas reações são favorecidas pela luz, como a decomposição da água oxigenada, por isso os frascos que você encontra nas farmácias são escuros.

Fatores que alteram a velocidade de uma RQ   Luz . . . A reação de decomposição da água oxigenada pela luz é fotólise.

É uma maneira de fornecer Fatores que alteram a velocidade de uma RQ Eletricidade . . .   Eletrólise da água. É uma maneira de fornecer energia de ativação, por exemplo, para a decomposição da água.

Fatores que alteram a velocidade de uma RQ Catalisadores . . .   Catalisadores são substâncias que aceleram a velocidade das reações. Os catalisadores não alteram a variação de entalpia de uma reação, mas diminuem a energia de ativação dela.

Fatores que alteram a velocidade de uma RQ Catalisadores . . .   Os catalisadores diminuem a barreira de energia a ser vencida. Os catalisadores são substâncias que “entram e saem“ da reação, ou seja, as substâncias catalisadoras são recuperadas no final da reação.

Enzimas ou catalisadores biológicos Fatores que alteram a velocidade de uma RQ Catalisadores . . .   Ea = energia de ativação. Enzimas ou catalisadores biológicos aceleram as reações bioquímicas.

Fatores que alteram a velocidade de uma RQ Catalisadores no cotidiano . . .   Catalisadores de automóveis diminuem a poluição, convertendo gases tóxicos em outros menos tóxicos.

Composição: Resina (branca): resina epóxi e cargas minerais; Fatores que alteram a velocidade de uma RQ Catalisadores no cotidiano . . .   Composição: Resina (branca): resina epóxi e cargas minerais; Catalisador (cinza): poliamida e cargas minerais.

Há também os chamados inibidores de reação Fatores que alteram a velocidade de uma RQ Atenção ! ! ! Há também os chamados inibidores de reação Às vezes, são necessárias substâncias que tornam as reações mais lentas. São chamados inibidores de reação.  

Veja o experimento ilustrado. Fatores que alteram a velocidade de uma RQ Inibidores . . .   A vitamina C (ácido ascórbico) funciona como inibidor de reação, impedindo o escurecimento da maçã. Veja o experimento ilustrado.

Fatores que alteram a velocidade de uma RQ Concentração dos reagentes . . .   A velocidade instantânea de uma reação é obtida através de uma expressão matemática conhecida como LEI DA AÇÃO DAS MASSAS ou LEI CINÉTICA, proposta por Gulberg e Waage (1876) e depende da concentração dos reagentes.

Fatores que alteram a velocidade de uma RQ LEI CINÉTICA E SEUS MENTORES   Cato Gulberg Peter Waage

v = k [A][B] LEI DA AÇÃO DAS MASSAS ou LEI CINÉTICA Para uma reação genérica homogênea . . . aA(g) + bB(g) → xX(g) + yY(g) A velocidade instantânea é calculada pela expressão . . . v = k [A][B] Onde . . . k = constante de velocidade ; [A] e [B] = concentrações molares  e  = ordens ou graus  

LEI DA AÇÃO DAS MASSAS ou LEI CINÉTICA Atenção !  - Nas reações elementares as ordens são iguais aos próprios coeficientes ( = a e  = b);  - Nas reações complexas as ordens são iguais aos coeficientes da etapa mais lenta da reação, conhecida através do mecanismo da mesma.  

A Lei de velocidade (instantânea) é . . . LEI DA AÇÃO DAS MASSAS ou LEI CINÉTICA I - Reação elementar H2 + I2 → 2 HI A Lei de velocidade (instantânea) é . . . v = k [H2]1[ I2]1.  

v = k [NO]2. 2NO + O2 → 2NO2 LEI DA AÇÃO DAS MASSAS ou LEI CINÉTICA II - Reação complexa 2NO + O2 → 2NO2 Mecanismo 2 NO → N2O2 (etapa lenta) N2O2 + O2 → 2 NO2 (etapa rápida) 2 NO + O2 → 2 NO2 (reação global ) A Lei de velocidade (instantânea) é . . . v = k [NO]2.  

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