CINÉTICA QUÍMICA

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

Cinética Química Reação Rápida faísca 6 NaN3(l) + Fe2O3(s) 3 Na2O(s) + 2 Fe(s) + 9 N2(g)

Decomposição dos Alimentos Cinética Química Reação Moderada Decomposição dos Alimentos Reação Lenta Formação do Petróleo

Cinética Química A B [ ] t

Velocidade Média (Vm) de uma Reação em Função das Substâncias Cinética Química Velocidade Média (Vm) de uma Reação em Função das Substâncias É a razão entre a quantidade consumida ou produzida da substância e o intervalo de tempo (∆t) em que isso ocorrreu.

Velocidade Média (Vm) de uma Reação em Função das Substâncias Cinética Química Velocidade Média (Vm) de uma Reação em Função das Substâncias

Velocidade Média (Vm) de uma Reação Cinética Química Velocidade Média (Vm) de uma Reação Como calcular a velocidade de uma reação quando a proporção entre o número de mols é diferente? 2 HI(g) H2(g) + I2(g) A velocidade da variação de concentração do HI é duas vezes maior que a velocidade da variação de concentração do H2

Quantidade de etano formada Cinética Química C2H2 + 2 H2 => C2H6 Tempo (min) Quantidade de etano formada 4 12 6 15 10 20

Cinética Química C2H2 + 2 H2 => C2H6

Cinética Química 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

Cinética Química Teoria da Colisão Colisão Desfavorável

Cinética Química Teoria da Colisão O-------N O2 N2 2 NO O N Reagentes Produtos Complexo Ativado

Cinética Química Teoria da Colisão Para que a colisão seja efetiva é necessário ainda que os reagentes adquiram uma energia mínima denominada energia de ativação. Energia de Ativação é a quantidade mínima de energia necessária para que a colisão entre as partículas dos reagentes, feita numa orientação favorável, seja efetiva.

Cinética Química Complexo Ativado: estado intermediário formado entre reagentes e produtos, em cuja estrutura existem ligações enfraquecidas e formação de novas ligações O-------N O N O2 N2 2 NO Reagentes Produtos Complexo Ativado

TEORIA DAS COLISÕES: HI + HI eficaz Não eficaz I2 + H2 I2 H2

Cinética Química Quanto menor for a energia de ativação exigida, maior a velocidade da reação.

Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação Cinética Química Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação Superfície de Contato

Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação Cinética Química Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação Superfície de Contato

Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação Cinética Química Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação Temperatura Um aumento de temperatura aumenta a velocidade das reações químicas, pois há um incremento na energia cinética das moléculas

Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação Cinética Química Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação Presença de Catalisador É uma substância que aumenta a velocidade da reação, diminuindo a energia de ativação para os reagentes atingirem o complexo ativado. No entanto eles não participam da formação do produto, sendo completamente regenerados no final

Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação Cinética Química Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação Presença de Catalisador Sem catalisador Com catalisador

Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação Cinética Química Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação Concentração dos Reagentes Quanto maior a concentração de partículas dos reagentes, maior será o número de colisões efetivas e consequentemente maior a velocidade da reação.

Cinética Química Lei da Ação das Massas (1833-1902), Cato Guldberg e Peter Waage “A cada temperatura, a velocidade de uma reação é diretamente proporcional ao produto das concentrações dos reagentes, elevadas a expoentes determinados experimentalmente”

Cinética Química Lei da Ação das Massas “A cada temperatura, a velocidade de uma reação é diretamente proporcional ao produto das concentrações dos reagentes, elevadas a expoentes determinados experimentalmente” aA + bB => cC + dD V = k [A] [B]β K é uma constante da velocidade a uma dada temperatura  e β são expoentes determinados experimentalmente

Cinética Química Reação Elementar aA + bB => cC + dD 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 aA + bB => cC + dD V = k [A]a [B]b

Cinética Química Reação Elementar 1 H3O+ + 1 OH- => 2 H2O 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 1 H3O+ + 1 OH- => 2 H2O V = k [H3O+] [OH-]

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

Cinética Química Reação Não-Elementar 2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O A etapa lenta é a etapa determinante da velocidade da reação 2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O Etapa I 1 H2 + 2 NO => 1 N2O + 1 H2O (lenta) Etapa II 1 H2 + 1 N2O => 1 N2 + 1 H2O (rápida) Reação Global 2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O

Cinética Química Reação Não-Elementar 2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O Etapa I 1 H2 + 2 NO => 1 N2O + 1 H2O (lenta) Etapa II 1 H2 + 1 N2O => 1 N2 + 1 H2O (rápida) Reação Global 2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O A velocidade da reação global será determinada pela velocidade da etapa I V = k [H2] [NO]2

Cinética Química Reação Não-Elementar 2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O Energia de ativação 1 H2 + 2 NO => 1 N2O + 1 H2O 1 H2 + 1 N2O => 1 N2 + 1 H2O Etapa I Etapa II Caminho da reação

aA + bB + cC => dD + eE + fF Cinética Química Ordem de uma reação Chamamos de ordem de uma reação a soma de todos os expoentes que aparecem na expressão da velocidade da reação aA + bB + cC => dD + eE + fF V = k [A]a [B]b [C] Ordem da reação:  + β + 

Cinética Química Ordem de uma reação Podemos expressar a ordem de uma reação em relação a um determinado reagente: Ordem da reação em relação a A =  Ordem da reação em relação a B = β Ordem da reação em relação a C =  A ordem da reação em relação a um reagente indica a dependência existente entre a concentração desse reagente e a velocidade da reação global.

Cinética Química Ordem de uma reação 2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O A ordem da reação em relação a um reagente indica a dependência existente entre a concentração desse reagente e a velocidade da reação global. 2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O V = k [H2] [NO]2 Ordem da reação: 1 +2 = 3 (3ª ordem) Ordem da reação em relação ao H2: 1ª ordem, v = k [H2] Ordem da reação em relação ao NO: 2ª ordem, v = k [NO]2

Cinética Química Ordem de uma reação Ordem da reação em relação ao H2: 1ª ordem, v = k [H2] Se dobrarmos a concentração do H2 e mantivermos a concentração do NO constante, a velocidade da reação dobra. V = k [H2] [NO]2 2 V = k [2 H2] [NO]2

Cinética Química Ordem de uma reação Ordem da reação em relação ao NO: 2ª ordem, v = k [NO]2 Se dobrarmos a concentração do NO e mantivermos a concentração do H2 constante, a velocidade da reação quadruplica. V = k [H2] [NO]2 4 V = k [H2] [2 NO]2

aA + bB + cC => dD + eE + fF Cinética Química Ordem de uma reação aA + bB + cC => dD + eE + fF Experiência [A] [B] [C] Velocidade/mol(L.min-1) 1ª 2 mol/L 3 mol/L 1 mol/L V1 = 0,5 2ª 4 mol/L V2 = 2,0 3ª 6 mol/L V3 = 2,0 4ª V4 = 16,0

Cinética Química Ordem de uma reação Experiência [A] [B] [C] Velocidade/mol(L.min-1) 1ª 2 mol/L 3 mol/L 1 mol/L V1 = 0,5 2ª 4 mol/L V2 = 2,0 3ª 6 mol/L V3 = 2,0 4ª V4 = 16,0 Comparando 1ª e 2ª v = k [A]2 4 v = k [2 A]2

Cinética Química Ordem de uma reação Experiência [A] [B] [C] Velocidade/mol(L.min-1) 1ª 2 mol/L 3 mol/L 1 mol/L V1 = 0,5 2ª 4 mol/L V2 = 2,0 3ª 6 mol/L V3 = 2,0 4ª V4 = 16,0 Comparando 2ª e 3ª v = k [B]0

Cinética Química Ordem de uma reação Experiência [A] [B] [C] Velocidade/mol(L.min-1) 1ª 2 mol/L 3 mol/L 1 mol/L V1 = 0,5 2ª 4 mol/L V2 = 2,0 3ª 6 mol/L V3 = 2,0 4ª V4 = 16,0 Comparando 3ª e 4ª v = k [C]3 8 v = k[2 C]3