CINÉTICA QUÍMICA CAPÍTULO – 14 ALUNOS : CAIO MARQUES DE SOUZA - 14287 FELIPE HENRIQUE SANTOS - 14296

APRESENTAÇÃO INTRODUÇÃO; FATORES QUE AFETAM AS VELOCIDADES DE REAÇÕES; CONCENTRAÇÃO E VELOCIDADE; VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO COM O TEMPO; TEMPERATURA E VELOCIDADE; MECANISMOS DE REAÇÃO; CATÁLISE; REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

INTRODUÇÃO CINÉTICA QUÍMICA É A ÁREA DA QUÍMICA QUE ESTÁ PREOCUPADA COM AS VELOCIDADES DAS REAÇÕES. ELA SE RELACIONA, POR EXEMPLO, COM A RAPIDEZ COM QUE UM MEDICAMENTO É CAPAZ DE AGIR. NOSSO MAIOR OBJETIVO AQUI É CONSIDERAR OS FATORES QUE CONTROLAM ESSAS VELOCIDADES.

FATORES QUE AFETAM AS VELOCIDADES DE REAÇÕES EXISTEM QUATRO FATORES RESPONSÁVEIS PARA QUE OCORRA A VARIAÇÃO DAS VELOCIDADES DE REAÇÕES: O ESTADO FÍSICO DOS REAGENES; AS CONCENTRAÇÕES DOS REAGENTES; A TEMPERATURA NA QUAL A REAÇÃO OCORRE; A PRESENÇA DE UM CATALISADOR.

VELOCIDADES DE REAÇÕES VELOCIDADE MÉDIA: REPRESENTA A VARIAÇÃO NA QUANTIDADE DE UM REAGENTE OU PRODUTO NUM INTERVALO DE TEMPO. DADA A REAÇÃO HIPOTÉTICA : A B VELOCIDADE MÉDIA EM RELAÇÃO A:B = Δ[B] / Δt e A= -Δ[A] / Δt UNIDADE : mol / L . s

VELOCIDADE INSTANTANÊA: REPRESENTA A VARIAÇÃO NA QUANTIDADE DE UM REAGENTE OU PRODUTO NUM INSTANTE (MENOR INTERVALO DE TEMPO QUE SE POSSA IMAGINAR). E É DETERMINADA PELA INCLINAÇÃO DA TANGENTE À CURVA NO PONTO DE INTERESSE EM UM GRÁFICO DE [ ] VERSUS TEMPO.

aA + bB cC + dD VELOCIDADE DE REAÇÃO E ESTEQUIOMETRIA : O QUE ACONTECE QUANDO AS RELAÇÕES ESTEQUIOMÉTRICAS NÃO SÃO UM PARA UM? EM GERAL, PARA A REAÇÃO: aA + bB cC + dD A VELOCIDADE É DADA POR: VELOCIDADE = -Δ[A] ——— a · Δ t - Δ[B] ——— b · Δ t  Δ[C] ——— c · Δ t  Δ[D] ——— d · Δ t = = =

CONCENTRAÇÃO E VELOCIDADE UM MODO DE ESTUDAR O EFEITO DA CONCENTRAÇÃO NA VELOCIDADE DE REAÇÃO É DETERMINAR A MANEIRA NA QUAL A VELOCIDADE NO COMEÇO DA REAÇÃO (VELOCIDADE INICIAL) DEPENDE DAS CONCENTRAÇÕES INICIAIS. A EQUAÇÃO QUE MOSTRA COMO A VELOCIDADE DEPENDE DAS CONCENTRAÇÕES DOS REAGENTES É CHAMADA LEI DE VELOCIDADE.

LEI DA VELOCIDADE. a A + b B c C + d D V = k [A] n . [B]m Onde: k = constante de velocidade a uma dada temperatura n = ordem da reação em relação a A m = ordem da reação em relação a B OBS: em reações elementares n = a e m = b V = K [A]a . [B]b

ANALISE-SE AGORA COMO SE DETERMINA A LEI DE VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO A PARTIR DE DADOS EXPERIMENTAIS.

VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO COM O TEMPO AS CONCENTRAÇÕES DOS REAGENTES OU PRODUTOS SÃO DETERMINADAS A QUALQUER MOMENTO DURANTE O CURSO DA REAÇÃO POR EQUAÇÕES. PARA REAÇÕES DE PRIMEIRA ORDEM: A PRODUTOS VELOCIDADE = k [A] -Δ[A] ——— Δ t =

INTEGRANDO: ... ESSA RELAÇÃO PODE SER TRANSFORMADA EM UMA EQUAÇÃO QUE RELACIONA A CONCENTRAÇÃO DE A NO INÍCIO DA REAÇÃO, [A]0, À SUA CONCETRAÇÃO A QUALQUER OUTRO MOMENTO t, [A]t: ln [A]t – ln [A]0 = -kt ou ln [A]t = -kt [A]0

TEMPERATURA E VELOCIDADE ENERGIA DE ATIVAÇÃO: ENERGIA CINÉTICA MÍNINA QUE PROPICIE A RUPTURA DAS LIGAÇÕES ENTRE OS REAGENTES E FORMAÇÃO DE NOVAS LIGAÇÕES NOS PRODUTOS. QUANTO MAIOR A Ea, MAIS LENTA É A REAÇÃO! COMPLEXO ATIVADO: ESTRUTURA INTERMEDIÁRIA ENTRE OS REAGENTES E OS PRODUTOS, COM LIGAÇÕES INTERMEDÁRIAS ENTRE AS DOS REAGENTES E AS DOS PRODUTOS.

ENERGIA DE ATIVAÇÃO:

TEORIA DAS COLISÕES: PELA TEORIA DAS COLISÕES, PARA HAVER REAÇÃO É NECESSARIO QUE: AS MOLÉCULAS DOS REAGENTES COLIDAM ENTRE SI; A COLISÃO OCORRA COM GEOMETRIA FAVORÁVEL À FORMAÇÃO DO COMPLEXO ATIVADO;    A ENERGIA DAS MOLÉCULAS QUE COLIDEM ENTRE SI SEJA IGUAL OU SUPERIOR À ENERGIA DE ATIVAÇÃO.

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

REGRA DE VAN’T HOFF: UMA VARIAÇÃO DE 10°C DUPLICA A VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO. ESTA É UMA REGRA APROXIMADA E MUITO LIMITADA. O AUMENTO DA CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES AUMENTA A VELOCIDADE DA REAÇÃO.

MECANISMOS DE REAÇÃO PROCESSO PELO QUAL OCORRE UMA REAÇÃO. ETAPAS ELEMENTARES: AMBOS PROCESSOS OCORREM EM UMA ÚNICA ETAPA. EX.: NO(g) + O3(g) NO2(g) + O2(g) MOLECULARIDADE DA ETAPA: NÚMERO DE MOLÉCULAS QUE PARTICIPAM COMO REAGENTES EM UMA ETAPA ELEMENTAR. EX.: BIMOLECULAR

MECANISMOS DE VÁRIAS ETAPAS: CONSISTE DE UMA SEQÜÊNCIA DE ETAPAS ELEMENTARES. PARA A REAÇÃO NO2(g) + CO(g) NO(g) + CO2(g) EX.: NO2(g) + NO2(g) NO3(g) + NO(g) NO3(g) + CO(g) NO2(g) + CO2(g) NO2(g) + CO(g) NO(g) + CO2(g) OBSERVAÇÃO: NO3(g) = INTERMEDIÁRIO +

LEIS DE VELOCIDADE PARA ETAPAS ELEMENTARES: SE A SUA LEI DE VELOCIDADE FOR ELEMENTAR, A SUA LEI DE VELOCIDADE SERÁ SABIDA. PROCESSO UNIMOLECULAR: A PRODUTOS VELOCIDADE = k[A] (1ª ORDEM) PROCESSO BIMOLECULAR: A + B PRODUTOS VELOCIDADE = k[A][B] (2ª ORDEM)

LEIS DE VELOCIDADE PARA MECANISMOS DE VÁRIAS ETAPAS: ETAPA LENTA = ETAPA DETERMINANTE DA VELOCIDADE. ETAPA 1: NO2(g) + NO2(g) NO3(g) + NO(g) (LENTA) ETAPA 2: NO3(g) + CO(g) NO2(g) + CO2(g) (RÁPIDA) TOTAL: NO2(g) + CO(g) NO2(g) + CO2(g) VELOCIDADE = k[NO2]² OBSERVAÇÃO: EM QUALQUER SITUAÇÃO, A ETAPA DETERMINANTE DA VELOCIDADE GOVERNA A LEI DE VELOCIDADE PARA A REAÇÃO COMO UM TODO.

SUPERFÍCIE DE CONTATO: QUANTO MAIOR FOR O GRAU DE DISPERSÃO DE UM SÓLIDO, MAIOR SERÁ A SUA SUPERFÍCIE E MAIOR SERÁ A VELOCIDADE DA REAÇÃO NA QUAL É REAGENTE. Fe(prego) + H2SO4(aq) FeSO4(aq) + H2(g)  (v1) Fe(limalha) + H2SO4(aq) FeSO4(aq) + H2(g)  (v2) Na segunda reação, a área de contato é maior! Portanto: v2 > v1

CATÁLISE OS CATALISADORES ENCONTRAM “CAMINHOS ALTERNATIVOS” PARA A REAÇÃO, ENVOLVENDO MENOR ENERGIA (DIMINUEM A ENERGIA DE ATIVAÇÃO), TORNANDO-A MAIS RÁPIDA. CATÁLISE HOMOGÊNEA - Catalisador e reagentes constituem uma só fase. CATÁLISE HETEROGÊNEA - Catalisador e reagentes constituem duas ou mais fases (sistema polifásico ou mistura heterogênea).

CARACTERÍSTICAS DOS CATALISADORES: a) SOMENTE AUMENTAM A VELOCIDADE; b) NÃO SÃO CONSUMIDOS; c) NÃO INICIAM REAÇÕES, MAS INTERFEREM NAS QUE JÁ OCORREM SEM SUA PRESENÇA; d) PODEM SER UTILIZADOS EM PEQUENAS QUANTIDADES, VISTO QUE NÃO SÃO CONSUMIDOS; e) SEUS EFEITOS PODEM SER DIMINUÍDOS PELA PRESENÇA DE “VENENOS DE CATALISADORES”.

CATALISADOR:

EXEMPLO: SO2(g)  +  ½ O2(g) SO3(g)  Ea = 240 kJ/mol   SEM CATALISADOR UTILIZANDO NO2(g) COMO CATALISADOR, A Ea SE REDUZ PARA 110 kJ/mol, TORNANDO A REAÇÃO EXTREMAMENTE MAIS RÁPIDA! MECANISMO DE REAÇÃO SO2  +  NO2  SO3 +  NO   E1 (consumo catalisador) NO   +  ½ O2    NO2  E2 (regeneração catalisador)  REAÇÃO GLOBAL:  SO2  +  ½ O2   SO3   E = 110 kJ/mol

ENZIMA: ENZIMA É UMA PROTEÍNA QUE ATUA COMO CATALISADOR EM REAÇÕES BIOLÓGICAS. CARACTERIZA-SE PELA SUA AÇÃO ESPECÍFICA E PELA SUA GRANDE ATIVIDADE CATALÍTICA. APRESENTA UMA TEMPERATURA ÓTIMA, GERALMENTE AO REDOR DE 37°C, NA QUAL TEM O MÁXIMO DE ATIVIDADE CATALÍTICA. OBS.: PROMOTOR DE REAÇÃO OU ATIVADOR DE CATALISADOR; VENENO DE CATALISADOR OU INIBIDOR.

AUTOCATÁLISE: AUTOCATÁLISE – QUANDO UM DOS PRODUTOS DA REAÇÃO ATUA COMO CATALISADOR. NO INÍCIO, A REAÇÃO É LENTA E, À MEDIDA QUE O CATALISADOR (PRODUTO) VAI SE FORMANDO, SUA VELOCIDADE VAI AUMENTANDO.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS QUÍMICA : A CIÊNCIA CENTRAL (BROWN, LEMAY, BURSTEN : PEARSON 2005 (9ªed.); www.mundodoquimico.hpg.ig.com.br/cinetica_quimica.htm; www.universiabrasil.net.