CINÉTICA QUÍMICA. Cinética Química Parte da Química que estuda a velocidade das reações e os...
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CINÉTICA CINÉTICA QUÍMICAQUÍMICA
Cinética Química
Parte da Química que estuda a velocidade das reações e os fatores que a influenciam.
Reações QuímicasRápidas Lentas
Moderadas
Cinética Química
Reação Rápida
6 NaN3(l) + Fe2O3(s) 3 Na2O(s) + 2 Fe(s) + 9 N2(g)
faísca
Cinética Química
Reação Moderada
Reação Lenta
Decomposição dos Alimentos
Formação do Petróleo
Cinética Química
A B
t
[ ]
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.
t
AdeãoconcentraçdaiaçãovarVm
t
BdeãoConcentraçdaVariaçãoVm
Cinética Química
inicialfinal tt
InicialFinal
tVm
t
reagentesVm
t
produtosVm
Velocidade Média (Vm) de uma Reação em Função das Substâncias
Cinética Química
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
Velocidade Média (Vm) de uma Reação
Cinética Química
C2H2 + 2 H2 => C2H6
Tempo (min)Tempo (min) Quantidade de Quantidade de etano formadaetano formada
00 00
44 1212
66 1515
1010 2020
Cinética Química
C2H2 + 2 H2 => C2H6
Cinética Química
Condições para que ocorra uma ReaçãoCondições para que ocorra uma Reação
Os reagentes devem estar em contato
Afinidade química entre os reagentes
Teoria da ColisãoTeoria da Colisão
As moléculas dos reagentes devem colidir entre si
A colisão deve ocorrer com geometria favorável
Cinética Química
Teoria da ColisãoTeoria da Colisão
Colisão Desfavorável
Colisão Desfavorável
Cinética Química
Teoria da ColisãoTeoria da Colisão
O2 N2
O-------N
O N2 NO
Reagentes
Complexo Ativado
Produtos
Cinética Química
Teoria da ColisãoTeoria 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
O2 N2
O-------N
O N2 NO
ReagentesComplexo
Ativado
Produtos
eficaz
Não eficazI2 + H2
HI + HI
I2 H2
TEORIA DAS COLISÕES:
Cinética Química
Quanto menor for a energia de ativação exigida, maior a velocidade da reação.
Cinética Química
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação
Superfície de Contato
Cinética Química
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação
Superfície de Contato
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
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
Cinética Química
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação
Presença de Catalisador
Sem catalisador
Com catalisador
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
V = k [A]a [B]b
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
Cinética Química
Reação Elementar
1 H3O+ + 1 OH- => 2 H2O
V = k [H3O+] [OH-]
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
Cinética Química
Reação Não-Elementar
A etapa lenta é a etapa determinante da velocidade da reação
Quando a reação se desenvolve em duas ou mais etapas distintas, a velocidade da reação depende apenas da velocidade da etapa lenta.
Cinética Química
Reação Não-Elementar
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
En
erg
ia d
e a
tiva
ção
Caminho da reação
1 H2 + 2 NO => 1 N2O + 1 H2O 1 H2 + 1 N2O => 1 N2 + 1 H2O
Etapa I Etapa II
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
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.
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
A ordem da reação em relação a um reagente indica a dependência existente entre a concentração desse reagente e a velocidade da reação global.
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
V = k [H2] [NO]2
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.
2 V = k [2 H2] [NO]2
Cinética Química
Ordem de uma reação
V = k [H2] [NO]2
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.
4 V = k [H2] [2 NO]2
Cinética Química
Ordem de uma reação
aA + bB + cC => dD + eE + fF
ExperiênciaExperiência [A][A] [B][B] [C][C] Velocidade/Velocidade/mol(L.minmol(L.min-1-1))
1ª1ª 2 mol/L2 mol/L 3 mol/L3 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV11 = 0,5 = 0,5
2ª2ª 4 mol/L4 mol/L 3 mol/L3 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV22 = 2,0 = 2,0
3ª3ª 4 mol/L4 mol/L 6 mol/L6 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV33 = 2,0 = 2,0
4ª4ª 4 mol/L4 mol/L 6 mol/L6 mol/L 2 mol/L2 mol/L VV44 = 16,0 = 16,0
Cinética Química
Ordem de uma reação
ExperiênciaExperiência [A][A] [B][B] [C][C] Velocidade/Velocidade/mol(L.minmol(L.min-1-1))
1ª1ª 2 mol/L2 mol/L 3 mol/L3 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV11 = 0,5 = 0,5
2ª2ª 4 mol/L4 mol/L 3 mol/L3 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV22 = 2,0 = 2,0
3ª3ª 4 mol/L4 mol/L 6 mol/L6 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV33 = 2,0 = 2,0
4ª4ª 4 mol/L4 mol/L 6 mol/L6 mol/L 2 mol/L2 mol/L VV44 = 16,0 = 16,0
Comparando 1ª e 2ª
v = k [A]2
4 v = k [2 A]2
Cinética Química
Ordem de uma reação
ExperiênciaExperiência [A][A] [B][B] [C][C] Velocidade/Velocidade/mol(L.minmol(L.min-1-1))
1ª1ª 2 mol/L2 mol/L 3 mol/L3 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV11 = 0,5 = 0,5
2ª2ª 4 mol/L4 mol/L 3 mol/L3 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV22 = 2,0 = 2,0
3ª3ª 4 mol/L4 mol/L 6 mol/L6 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV33 = 2,0 = 2,0
4ª4ª 4 mol/L4 mol/L 6 mol/L6 mol/L 2 mol/L2 mol/L VV44 = 16,0 = 16,0
Comparando 2ª e 3ª
v = k [B]0
Cinética Química
Ordem de uma reação
ExperiênciaExperiência [A][A] [B][B] [C][C] Velocidade/Velocidade/mol(L.minmol(L.min-1-1))
1ª1ª 2 mol/L2 mol/L 3 mol/L3 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV11 = 0,5 = 0,5
2ª2ª 4 mol/L4 mol/L 3 mol/L3 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV22 = 2,0 = 2,0
3ª3ª 4 mol/L4 mol/L 6 mol/L6 mol/L 1 mol/L1 mol/L VV33 = 2,0 = 2,0
4ª4ª 4 mol/L4 mol/L 6 mol/L6 mol/L 2 mol/L2 mol/L VV44 = 16,0 = 16,0
Comparando 3ª e 4ª
v = k [C]3
8 v = k[2 C]3