CINÉTICA QUÍMICA Parte da química que estuda a rapidez das reações Este estudo é importante para o nosso dia-a-dia, pois explica alguns fenômenos que convivemos tais como: Oxidação do ferro (ocorre de forma lenta). Explosão da pólvora (ocorre de forma rápida).

SOFRERÁ TRANSFORMAÇÃO CONCENTRAÇÕES SOFRERÁ TRANSFORMAÇÃO REAGENTES PRODUTOS SÃO CONSUMIDOS SÃO FORMADOS Suas concentrações diminuem Suas concentrações aumentam

EX: A formação do petróleo A velocidade de uma reação pode ser : A) Lenta B) rápida C) moderada. EX: A formação do petróleo Lenta

A queima de uma vela A queima da serragem Queima de tora Rápida Lenta fogo hot                                Queima de tora Lenta Moderada A queima de uma vela

A formação da ferrugem ( na umidade ) Lenta

Os compostos orgânicos, A digestão dos alimentos Lenta Os compostos orgânicos, suas reações são : Lenta

VELOCIDADE MÉDIA DE UMA REAÇÃO É a maior ou menor rapidez (velocidade) com que uma reação ocorre É calculada pela relação entre a quantidade de um reagente (ou produto) que é consumido (ou produzido) e o intervalo de tempo gasto para isto [ final ] – [ inicial ] VM = t final – t inicial

Assim sendo, a velocidade média ( Vm ) de uma reação pode ser determinada pela fórmula: Concentração molar [ ] ou variação de mols ( n) ou variação de pressão ( p) Vm = m t Vm = Velocidade média m = Variação de massa no intervalo de tempo T = Intervalo

foram obtidos os resultados mostrados na tabela a seguir: EX: Para a reação: 2SO2 + O2 2SO3, foram obtidos os resultados mostrados na tabela a seguir: Tempo de reação (min.) Massa de SO3 formado (g) 10 30 20 45 50 40 52

m t Vm = Com base nesses dados, calcule a velocidade média, nos intervalos. De 10 a 20 min. Mf-Mi Vm = m Vm = 45-30 t 20-10 Tf-Ti Vm=1,5g/min.

B) De 10 a 30 min. Mf-Mi Vm = Vm = m 50-30 t 30-10 Tf-Ti Vm=1,0g/min.

C) De 20 a 30 min. Vm = Vm = m 50-45 t 30-20 Vm=0,5g/min.

D) De 10 a 40 min. Vm = Vm = m 52-30 40-10 t Vm=0,73g/min.

E) DE 30 a 40 min. Vm = m Vm = 52-50 t 40-30 Vm = 2 Vm=0,2g/min. 10

Massa de “A” presente(g) Para a reação:A + B C Tempo(s) Massa de “A” presente(g) 25 2 17 4 11 6 9 A) De 0s a 2s ( R=4g/s ) B) De 0s a 4s ( R=3,5g/s ) C) De 2s a 4s ( R=3g/s ) D) De 4s a 6s ( R=1g/s )

As quantidades das substâncias são medidas em mol/L, massas, volumes (gases), etc., A quantidade de reagente ou produto medida em mol/L é representada por [ ] Enquanto que o intervalo de tempo pode ser dado em segundos, minutos ou horas

01) (Covest – 2006) A reação de decomposição da amônia gasosa foi realizada em um recipiente fechado: 2 NH3  N2 + 3 H2 A tabela abaixo indica a variação na concentração de reagente em função do tempo. Concentração de NH3 em mol/ L 8,0 6,0 4,0 1,0 Tempo em horas 0,0 1,0 2,0 3,0 Qual é a velocidade média de consumo do reagente nas duas primeiras horas de reação? a) 4,0 mol / L.h b) 2,0 mol / L.h c) 10 km / h d) 1,0 mol / L.h e) 2,3 mol / h 4 mol / L V = = 2 mol / L . h m 2 h

02) Em determinada experiência, a reação de formação de água está ocorrendo com o consumo de 4 mols de oxigênio por minuto. Conseqüentemente, a velocidade de consumo de hidrogênio é de: a) 2 mols/min. b) 4 mols/min. c) 8 mols/min. d) 12 mols/min. e) 16 mols/min. 2 H2 + O2  H2O 1 2 2 mols/min de H2 1 mol/min de O2 n mols/min de H2 4 mols/min de O2 n = 2 x 4 n = 8 mols / min

03) (FMIt - MG) Numa reação completa de combustão, foi consumido, em 5 min, 0,25 mol de metano, que foi transformado em CO2 e H2O. A velocidade da reação será: a) 0,80 mol/min. b) 0,40 mol/min. c) 0,05 mol/min. d) 0,60 mol/min. e) 0,30 mol/min. 0,25 mol V m = 5 min V m = 0,05 mol / min

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

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):

NA VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO FATORES QUE INFLUEM NA VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO Para compreendermos os fatores que alteram a velocidade de uma reação devemos conhecer a TEORIA DAS COLISÕES De acordo com a teoria das colisões pode-se afirmar que a velocidade de uma reação depende da: freqüência das colisões energia das colisões orientação das moléculas nas colisões

COLISÃO EFETIVA energia suficiente e orientação adequada H2 + I2 2 HI

COLISÃO NÃO EFETIVA energia insuficiente H2 + I2 H2 + I2

COLISÃO NÃO EFETIVA orientação inadequada H2 + I2 H2 + I2

A freqüência e a energia das colisões são afetadas pelos fatores: 1. Estado particular em que se encontram os reagentes. 2. temperatura em que se realiza a experiência. 3. Eletricidade. 4. Luz. 5. Pressão. 6. Concentração dos reagentes. 7. Catalisadores.

Estado particular dos reagentes No que se refere ao estado físico dos reagentes Os gases reagem melhor que os líquidos, e estes melhor que os sólidos No que se refere aos sólidos: Quanto mais pulverizados estiverem os reagentes, mais rápida é a reação

Temperatura em que se realiza a experiência Um aumento da temperatura aumenta a freqüência e a energia das colisões entre os reagentes, como conseqüência, o número de colisões efetivas e a velocidade da reação aumentam

Para que as moléculas quebrem suas ligações iniciais e formem novas substâncias é necessária uma energia mínima denominada de ENERGIA DE ATIVAÇÃO (Ea) energia ( kcal ) + 50 Ea = + 40 kcal + 15 + 10 caminho da reação

Gráfico reação endotérmica

Gráfico reação endotérmica

Gráfico reação exotérmica

Gráfico reação exotérmica

LUZ A luz provoca algumas reações denominadas de REAÇÕES FOTOQUÍMICAS As principais são: Fotossíntese Decomposição da água oxigenada em água e oxigênio

PRESSÃO Um aumento da PRESSÃO aumentará o número de COLISÕES e a reação será mais RÁPIDA

CATALISADORES É uma substância que diminui a energia de ativação de uma reação aumentando assim a sua velocidade Os catalisadores não alteram a variação de entalpia da reação Os catalisadores não são consumidos durante a reação

Reação com e sem catalisador:

01) A velocidade de uma reação química depende: Do número de colisões entre moléculas na unidade de tempo. V Da energia cinética das moléculas envolvidas na reação. V III. Da orientação das moléculas. Estão corretas as alternativas: a) I, II e III. b) somente I. c) somente II. d) somente I e II. e) somente I e III.

02) O carvão é combustível constituído de uma mistura de compostos ricos em carbono. A situação do combustível, do comburente e a temperatura utilizada favorecerão a combustão do carbono com maior velocidade, é, na ordem: a) carvão em pedaços, ar atmosférico, 0°C. b) carvão pulverizado, ar atmosférico, 30°C. c) carvão em pedaços, oxigênio puro, 20°C. d) carvão pulverizado, oxigênio puro, 100°C. e) carvão em pedaços, oxigênio líquido, 50°C.

um aumento da velocidade da reação CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES Um aumento da concentração dos reagentes numa solução acarretará no aumento do número de colisões e, em conseqüência, um aumento da velocidade da reação VER

Para uma reação genérica: a A + b B  Produtos A velocidade da reação é dada pela expressão: x y v = k [ A ] [ B ] Onde os valores de “ x ” e “ y ” são determinados experimentalmente Esta equação é conhecida pelo nome de LEI DA VELOCIDADE

Para as reações ELEMENTARES os valores dos expoentes são iguais aos coeficientes das substâncias na equação química Para a reação: 2 NO (g) + H2 (g)  N2O (g) + H2O (g) A lei da velocidade é: 2 v = k [ NO ] [ H2 ]

01) A reação A + 2 B  P se processa em uma única etapa 01) A reação A + 2 B  P se processa em uma única etapa. Qual a velocidade desta reação quando K = 0,3 L/mol . min, [A] = 2,0 M e [B] = 3,0 M ? k = 0,3 L / mol . min a) 5,4. b) 4,5. c) 1,8. d) 18,0. e) 54. [ A ] = 2,0 M [ B ] = 3,0 M 2 v = k [ A ] [ B ] 2 v = 0,3 x 2 x 3 v = 0,3 x 2 x 9 v = 5,4

Se uma reação ocorrer em várias etapas sua velocidade é dada pela ETAPA MAIS LENTA A + A  A2 ( etapa lenta ) A2 + B  A2B ( etapa rápida ) 2 A + B  A2B ( reação global ) 2 A lei da velocidade é: V = k [ A ]

nitrogênio com o ozônio: 2 NO2 (g) + O3 (g)  N2O5 (g) + O2 (g) 02) (Unip-SP) 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: 2 NO2 (g) + O3 (g)  N2O5 (g) + O2 (g) Essa reação ocorre em duas etapas: Pág. 45 Ex. 11 I. NO2 (g) + O3 (g)  NO3 (g) + O2 (g) (lenta) II. NO3 (g) + NO (g)  N2O5 (g) (rápida) Assinale a lei de velocidade para essa reação: v = k [NO2] [O3] v = k [NO2] [O3] v = k [NO3] [NO2] v = k [NO2] [O3] + k’ [NO3] [NO2] v = k [NO2] 2 2

03) Na decomposição térmica da amônia expressa pela equação: 2 NH3 (g)  N2 (g) + 3 H2 (g) Duplicando-se a concentração molar de NH3, a velocidade da reação ficará: 2 v = k [ NH3 ] a) inalterada. b) duas vezes maior. c) três vezes maior. d) quatro vezes maior. e) seis vezes maior. [ NH3 ] = x mol /L 2 v = k x [ NH3 ] = 2x mol /L 2 v’ k ( 2x ) = 2 v’ 4 k x = v’ = 4 v

2 CO (g) + O2 (g) 2 CO2 (g) v = k [CO] [O2] [CO2] = x mol/L 04) Unisinos-RS) 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 dióxido de carbono, tem grande importância. A equação representativa dessa reação é: v1 2 CO (g) + O2 (g) 2 CO2 (g) Pág. 45 Ex. 10 v2 Quando se duplicarem, simultaneamente, as concentrações molares de CO e O2, efetuando a reação em sistema fechado, por quantas vezes ficará multiplicada a velocidade da reação “v”? 2 2. 4. 8. 16. 32. v = k [CO] [O2] [CO2] = x mol/L [CO2] = 2x mol/L [O2] = y mol/L [O2] = 2y mol/L 2 v = k x y 2 v’ = k (2x) (2y) 2 v’ = 8 k x y v

05) A tabela abaixo apresenta os valores das velocidades de reação e as correspondentes concentrações em mol / L dos reagentes em idênticas condições, para o processo químico representado pela equação: 3 X + 2 Y  Z + 5 W Pág. 44 Ex. 08 velocidade [ X ] [ Y ] 10 5 10 1 40 10 10 2 40 10 20 3 a b Qual a equação de velocidade desse processo? v k [ X ] [ Y ] = a b 2 b 40 k 10 10 40 k 10 20 2 x x 3 x x = = a b 2 b 1 10 k 5 10 2 40 k 10 10 x x x x a b = = 4 2 1 2 2 a b = = 2 2 2 2 a = 2 b = 0 2 2 v k [ X ] [ Y ] = ou v k [ X ] =

06) (Urca-CE) Dada a seguinte reação genérica “2 A + B  C” e o quadro cinético abaixo: Experiência [A] mol/L [B] mol/L Velocidade (mol/L.s) I 0,42 0,21 0,20 II 0,63 1,80 III 0,84 0,40 É correto afirmar: é uma reação elementar. a ordem global da reação é 2. a lei de velocidade é v = k[A]2[B]. a constante de velocidade é igual a 1. a lei de velocidade é v = k[A][B]2. x y v = k [A] [B] 2 v = k [A] [B] x y 2 1,80 k . (0,42) (0,63) y = 9 = 3 y = 2 x y 1 0,20 k . (0,42) (0,21) x y 3 0,40 k . (0,84) (0,21) x = 2 = 2 x = 1 x y 1 0,20 k . (0,42) (0,21)