CINÉTICA QUÍMICA FILIPE FERNANDES SZYMANSKI DE TOLEDO 15730 THALES CARVALHO SOARES DA SILVA 15751

E as velocidade das reações? Por que as estudamos? CINÉTICA QUÍMICA As reações ou transformações químicas se ocupam com a formação de novas substâncias a partir de um dado conjunto de reagentes. E as velocidade das reações? Por que as estudamos?

- Saúde: alimentos, medicamentos, odontologia CINÉTICA QUÍMICA A cinética química é o ramo da química que estuda as velocidades das reações Suas aplicações: - Saúde: alimentos, medicamentos, odontologia - Indústria e construção: enferrujamento do aço - Energia: queima de combustível

CINÉTICA QUÍMICA

Fatores que interferem Concentração dos reagentes Temperatura Catalisador Área superficial dos reagentes

Velocidade de reação A → B Velocidade média = - ∆ (mol de [A] ∆t ∆t CINÉTICA QUÍMICA Velocidade de reação Considere a reação: A → B A velocidade média é: Velocidade média = - ∆ (mol de [A] ∆t Velocidade média = ∆ (mol de B) ∆t

V = - 1 ∆[A] = - 1 ∆[B] = 1 ∆[C] = 1 ∆[D] CINÉTICA QUÍMICA Velocidade em termos de concentração Vm = ∆ [ ] ∆t Velocidade de reação e estequiometria Para a reação aA + bB → cC + dD a velocidade é: V = - 1 ∆[A] = - 1 ∆[B] = 1 ∆[C] = 1 ∆[D] a ∆t b ∆t c ∆t d ∆t

Dependência entre a velocidade e a concentração CINÉTICA QUÍMICA Dependência entre a velocidade e a concentração Quanto maior a concentração dos reagentes, maior será a velocidade da reação e vice-versa. Lei de velocidade v = k . [A]ª. [B]b a constante k é a constante da velocidade (também chamada velocidade específica da reação)

Variação da concentração com o tempo CINÉTICA QUÍMICA Variação da concentração com o tempo Para uma reação do tipo A → C, obtém-se os seguintes gráficos (concentração versus o tempo):

Reações de primeira ordem Para uma reação do tipo CINÉTICA QUÍMICA Reações de primeira ordem Para uma reação do tipo A → produtos a lei de velocidade é v = - ∆[A] = k [A] ∆t com métodos do cálculo diferencial, tem-se que: ln [A]t = - k . t + ln [A]0 ↕ ↕ ↕ ↕ y = m . x + b

Meia-vida k k ln ½[A]0 = - k . t1/2 CINÉTICA QUÍMICA Meia-vida Tempo necessário para que a concentração inicial caia à metade ln ½[A]0 = - k . t1/2 [A]0 ln½ = - k. t1/2 t1/2 = - ln½ = 0,693 k k *meia-vida independente da concentração inicial

Reações de segunda ordem CINÉTICA QUÍMICA Reações de segunda ordem v = [A]² a partir do cálculo diferencial: 1 = k.t + 1 [A]t [A]0 *Esta equação também tem a forma da equação de uma reta. t1/2 = 1 k[A]0 meia-vida – concentração inicial do reagente.

O modelo da colisão: fatores da velocidade vistos em nível molecular CINÉTICA QUÍMICA O modelo da colisão: fatores da velocidade vistos em nível molecular REAÇÃO = COLISÃO (Ea, T e [ ]) + DIREÇÃO

Temperatura Interfere na constante de velocidade: cada 10 K duplica o valor de k

Direção Em 10¹³ colisões aproximadamente 1 (uma) forma um produto

Energia de Ativação Energia necessária para que ocorra uma reação

CINÉTICA QUÍMICA A equação de Arrhenius Verifica-se que o aumento da temperatura não é linear com o da velocidade k = A e–Ea/RT obs: maior Ea menor k, menor velocidade

Mecanismos de reação: explicam a reação ao invés de representá-la CINÉTICA QUÍMICA Mecanismos de reação: explicam a reação ao invés de representá-la Etapa elementar – processos ocorrem em um único evento Tipos de moléculas reagentes = molecularidade da etapa 1 molécula envolvida = reação unimolecular 2 moléculas = reação bimolecular 3 moléculas = reação termolecular (mais rara)

Lei de velocidade de etapa elementar Unimolecular A → produto velocidade = k.[A] Bimolecular A + B → produtos velocidade = k.[A].[B]

CINÉTICA QUÍMICA Várias etapas Equação química do processo total = soma das equações das etapas Intermediários – substâncias produzidas e consumidas nas diferentes etapas

Lei de Velocidade para várias etapas Etapa 1 = + lenta Velocidade total = velocidade dessa etapa Etapa 1 = + rápida Produto = intermediário → instável

v = k2 k1 [NO][Br2][[NO] = k[NO]2[Br2] Etapa 1 (rápida): NO(g) + Br2(g) ↔ NOBr2(g) k1 (direta), k-1 (inversa) Etapa 2 (lenta): NOBr2(g) + NO(g) → 2NOBr(g) k2 para a reação Equilíbrio: k1[NO][Br2] = k-1[NOBr2] → [NOBr2] = k1 [NO][Br2] k-1 Substituindo: v = k2 k1 [NO][Br2][[NO] = k[NO]2[Br2]

Catalisador Aumenta a velocidade sem sofrer modificação permanente CINÉTICA QUÍMICA Catalisador Aumenta a velocidade sem sofrer modificação permanente Catálise homogênea: catalisador e reagentes estados físicos iguais NO(g) *catalisador SO2(g) + ½ O2(g) → SO2(g) Catálise heterogênea: catalisador e reagentes estados físicos diferentes Pt(s) *catalisador SO2(g) + ½ O2(g) → SO3(g)

Reação com e sem catalisador: CINÉTICA QUÍMICA Reação com e sem catalisador:

CINÉTICA QUÍMICA Enzimas As enzimas são um grupo muito importante de proteínas e todas as reações químicas do organismo responsáveis pelo metabolismo do corpo humano só são possíveis através da ação catalítica das enzimas.

Referências bibliográficas CINÉTICA QUÍMICA Referências bibliográficas Enzimas, metabolismo e ... Gastronomia. Disponível em: <http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/ba/Induced_fit_diagram_pt.svg/648px-Induced_fit_diagram_pt.svg.png > Acesso em: 02 de maio de 2008. DALTON, Michael. Química: ciência central, Cinética Química. Cap.14, p. 324-344.