Unidade 10 - Cinética Química e Equilíbrio Químico
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Qumica Geral
Prof. Dr. Mrcio Marques Martins
Unidade 10 Cintica Qumica e Equilbrio Qumico
http://digichem.org
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Cintica Qumica
1. Introduo Cintica Qumica
2. Velocidade mdia de Reao
3. Ordem de Reao
4. Fatores que Influenciam a Velocidade de
Reao.
5. Exerccios de Fixao
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1.Introduo cintica qumica
O conhecimento e o estudo da velocidade das reaes importante em termos
industriais e est relacionado ao nosso
dia-a-dia.
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1.Introduo cintica qumica
Por exemplo: guardar alimentos na geladeira para retardar sua decomposio
ou usar uma panela de presso para
aumentar a velocidade de cozimento dos
alimentos.
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1.Introduo cintica qumica
As reaes qumicas ocorrem com velocidades diferentes e estas podem ser
alteradas.
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1.Introduo cintica qumica
O exemplo mais simples de uma reao quando um nico reagente se transforma
em um nico produto.
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1.Introduo cintica qumica
A concentrao indicada em mol/L(molaridade), e representada por
um colchete ([ ]), que contm a frmula da
substncia.
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1.Introduo cintica qumica
Pelas figuras vemos que em t=0 s a [A]0 mxima e vai diminuindo com o tempo.
J a [B]0 nula e vai aumentando com o tempo.
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1.Introduo cintica qumica
Podemos representar, em um nico grfico, as variaes ocorridas na
concentrao dos participantes das
reaes em funo do tempo:
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2.Velocidade mdia de reao
A expresso da velocidade mdia ser dada por:
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2.Velocidade mdia de reao
Assim, a velocidade mdia expressa por:
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2.Velocidade mdia de reao
O grfico a seguir mostra a variao da concentrao da gua oxigenada em
funo do tempo. A decomposio da
gua oxigenada dada pela equao:
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2.Velocidade mdia de reao
Seguindo a estequiometria da reao:
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2.Velocidade mdia de reao Analisando a velocidade mdia das trs
substncias envolvidas na reao num mesmo intervalo de tempo, por exemplo, de 0 a 10 min (t = 10 min), temos:
os valores das velocidades mdias obedecem proporo estequiomtrica da reao:
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2.Velocidade mdia de reao
Se dividirmos os valores das velocidades mdias pelos respectivos coeficientes
estequiomtricos, encontraremos um
mesmo valor, que ser considerado o valor
da velocidade mdia da reao.
Genericamente, para a reao dada:
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EXERCCIOS PROPOSTOS
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EXERCCIOS PROPOSTOS
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EXERCCIOS PROPOSTOS
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3.Ordem de reao Para uma reao genrica temos a
seguinte expresso da lei da velocidade:
Quando a reao ocorre numa nica etapa, dizemos que se trata de uma reao elementar; nesse caso, os expoentes x e y correspondem aos coeficientes estequiomtricos a e b.
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3.Ordem de reao
No entanto, a grande maioria das reaes no elementar, ou seja, ocorre em mais de uma
etapa.
O conjunto de etapas por meio das quais ocorre uma reao denominado mecanismo
de reao.
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3.Ordem de reao
Genericamente, temos:
Nesse tipo de reao, a equao da velocidade determinada pela etapa lenta do mecanismo de reao.
Logo, a equao da velocidade ser:
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3.Ordem de reao
Em Qumica utiliza-se o termo molecularidade para designar a soma dos coeficiente
estequiomtricos dos reagentes:
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EXERCCIO RESOLVIDO
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4.Fatores que afetam a velocidade das
reaes
Superfcie de contato
Temperatura
Catalisador
Concentrao dos reagentes
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4.Fatores que afetam a velocidade das reaes
Quando um reagente est no estado slido, a reao ocorrer na sua superfcie. Quanto mais
fragmentado for o reagente, maior ser o
nmero de choques, e maior ser a velocidade
da reao.
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4.Fatores que afetam a velocidade das reaes
Para investigar o efeito da superfcie de contato na velocidade, vamos considerar a reao a seguir:
A efervescncia no CaCO3(s) na forma de p mais acentuada (maior superfcie de contato).
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4.Fatores que afetam a velocidade das reaes
Uma reao endotrmica (que absorve energia na forma de calor) ter sua velocidade aumentada se a temperatura aumentar.
Uma reao exotrmica (que libera energia) ter sua velocidade diminuda se a temperatura aumentar.
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4.Fatores que afetam a velocidade das reaes
Os catalisadores criam um caminho alternativo, que exige menor energia de ativao, fazendo
com que a reao se processe de maneira mais
rpida.
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4.Fatores que afetam a velocidade das reaes
1. Um catalisador acelera a reao, mas no aumenta
seu rendimento, isto , ele produz a mesma quantidade de produto, mas num perodo de tempo menor.
2. O catalisador no altera o H da reao. 3. Um catalisador acelera tanto a reao direta quanto a
inversa, pois diminui a energia de ativao de ambas.
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4.Fatores que afetam a velocidade das reaes
A velocidade de uma reao depende tambm da concentrao dos reagentes, pois ela est relacionada com o nmero de choques entre as molculas. Seja uma reao genrica:
O nmero de choques e, consequentemente, a velocidade iro depender das concentraes
de A e B.
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4.Fatores que afetam a velocidade das reaes
Essa relao demonstra que o nmero de colises e, consequentemente, a velocidade da reao so
proporcionais ao produto das concentraes.
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EXERCCIOS PROPOSTOS
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EXERCCIOS PROPOSTOS
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EXERCCIOS PROPOSTOS
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Equilbrio Qumico
1. Introduo ao Equilbrio Qumico
2. Constante de Equilbrio
3. Clculos de Equilbrio
4. Princpio de Le Chtelier
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1.Introduo ao Equilbrio Qumico
Muitas reaes ocorrem completamente, ou seja, at que pelo menos um dos
reagentes seja totalmente consumido
(queima de um palito de fsforo, p. ex.).
Na prtica, as reaes direta e inversa ocorrem simultaneamente e so
denominados reversveis.
So representados por .
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1.Introduo ao Equilbrio Qumico
Essa situao acontece tanto em processos qumicos como em processos fsicos. Exemplo de equilbrio em um processo fsico:
Quando a velocidade de vaporizao (vd) se iguala de condensao (vi), o sistema atingiu o equilbrio. Graficamente, podemos representar esse e outros equilbrios por:
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1.Introduo ao Equilbrio Qumico
Uma consequncia importante do fato de as duas velocidades serem iguais na situao de
equilbrio que as quantidades dos
participantes so constantes, porm no
obrigatoriamente iguais.
No incio do processo, a [Reag.] mxima e a de [Prod.] zero, o que se inverte com o passar
do tempo.
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1.Introduo ao Equilbrio Qumico
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2.Constante de Equilbrio Seja uma reao no equilbrio em fase gasosa:
Cujas concentraes de equilbrio so:
No equilbrio, a velocidade da reao direta (vd) igual da reao inversa (vi).
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2.Constante de Equilbrio
A razo kd/ki origina uma nova constante, a constante de equilbrio (Kc).
A deduo do Kc envolve conceitos termodinmicos mais profundos, que evidenciam que Kc adimensional (no tem unidade).
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2.Constante de Equilbrio
O clculo da constante de equilbrio foi formulado pela primeira vez pelos noruegue-
ses Guldberg e Waage em 1863 e enunciado
como a lei de ao das massas.
Para um equilbrio homogneo genrico representado por:
A constante de equilbrio dada por:
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2.Constante de Equilbrio Veja dois exemplos de representao do Kc em
equilbrios homogneos:
Em equilbrios heterogneos (com substncias slidas ou lquidas) eles no devem ser representados na expresso da constante de equilbrio(Kc), pois suas concentraes so aproximadamente constantes.
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2.Constante de Equilbrio
Em equilbrios heterogneos (com substncias slidas ou lquidas) eles no devem ser
representados na expresso da constante de
equilbrio(Kc), pois suas concentraes so
aproximadamente constantes.
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3.Clculos de Equilbrio
Considere as seguintes situaes de equilbrio e as respectivas constantes:
Genericamente:
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3.Clculos de Equilbrio
O quociente de equilbrio (Qc) a relao entre as concentraes em mol/L dos participantes
em qualquer situao, mesmo que o equilbrio
ainda no esteja estabelecido.
expresso da mesma maneira que a constante de equilbrio (Kc).
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3.Clculos de Equilbrio
Vamos considerar o equilbrio a seguir, a 100 C e o valor da sua constante igual a 0,2.
Considerando trs experimentos realizados temperatura de 100 C, temos:
Analisando os experimentos, vamos calcular o quociente de equilbrio e relacionar seus valores com Kc.
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3.Clculos de Equilbrio
no experimento II, o sistema est em equilbrio (Kc= Qc); no experimento I, o sistema no est em equilbrio; para
atingi-lo, o valor de Qc = 2 deve igualar-se ao do Kc; isso ocorrer com da [NO2] e o da [N2O4];
no experimento III, o sistema tambm no est em equilbrio; para este ser atingido, o valor de Qc= 0,1 deve igualar-se ao do Kc=0,2; isso ocorrer com o da[NO2] e a da [N2O4].
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3.Clculos de Equilbrio (Kc vs Kp)
em equilbrios nos quais pelo menos um dos participantes um gs, a constante de
equilbrio pode ser expressa em termos de
presses parciais dos gases envolvidos e, nesse
caso, ser representada por Kp.
Assim, as expresses de Kc e Kp para os equilbrios a seguir so dadas por:
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3.Clculos de Equilbrio (Kc vs Kp)
1. Na expresso de Kc, no devem ser representados os componentes slidos e H2O(l) para reaes em meio aquoso .
2. Na expresso de Kp, s devem ser representados os componentes gasosos.
3. A relao entre Kc e Kp dada pela expresso Kp= Kc(RT)
n, em que n a variao do nmero de mols.
4. Tanto Kc quanto Kp (constantes de equilbrio) s variam com a temperatura.
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EXERCCIO RESOLVIDO
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EXERCCIOS PROPOSTOS
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4.Princpio de Le Chtelier (1884)
Quando um sistema est em equilbrio, a vd = vi, e as [REAGENTES] e [PRODUTOS] permanecem constantes.
Se, sobre esse equilbrio, no ocorrer a ao de nenhum agente externo, ele tende a permanecer nessa situao indefinidamente.
Porm, se for exercida uma ao externa sobre esse equilbrio, ele tende a reagir de maneira a minimizar os efeitos dessa ao.
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4.Princpio de Le Chtelier (1884)
Os fatores que podem afetar a condio de equilbrio de um sistema so: concentrao,
presso, temperatura.
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4.Princpio de Le Chtelier (1884)
Considere o seguinte equilbrio:
Iremos analisar seu comportamento em trs situaes:
1situao adio de CO2(g) 2situao adio de CO(g) 3situao remoo de CO(g)
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4.Princpio de Le Chtelier (1884)
Quando adicionamos CO2(g) ao equilbrio, imediatamente ocorre um aumento na [CO2], que ir
acarretar aumento do nmero de choques entre o
C(s)e o CO2(g).
Isso favorece a formao de CO(g), ou seja, o equilbrio se desloca para o lado dos produtos.
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4.Princpio de Le Chtelier (1884)
Outra maneira de entender o deslocamento desse equilbrio seria por meio de uma anlise da expresso do Kc.
Ao introduzirmos CO2(g) no equilbrio, estamos aumentando sua concentrao ([CO2] ); como a constante Kc no varia, a concentrao do CO tambm dever aumentar ([CO] ) para manter a igualdade matemtica
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4.Princpio de Le Chtelier (1884)
Quando adicionamos CO(g) ao equilbrio, imediatamente ocorre um aumento na
concentrao do composto, aumentando os
choques entre as molculas de CO a ponto de
degradar o produto parcialmente em CO2(g) e
em C(s).
Nesse caso, o equilbrio se desloca para a esquerda.
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4.Princpio de Le Chtelier (1884)
Quando retiramos parte do CO(g) presente no equilbrio, imediatamente ocorre uma
diminuio na concentrao do composto e,
como consequncia, a velocidade da reao
inversa diminui.
Logo, a velocidade da reao direta ser maior, favorecendo a formao de CO(g) , ou seja, o
equilbrio se desloca para a direita.
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4.Princpio de Le Chtelier (1884)
Quando aumentamos a presso sobre um equilbrio gasoso, temperatura constante, ele se desloca no
sentido da reao capaz de diminuir esse aumento da
presso e vice-versa.
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4.Princpio de Le Chtelier (1884)
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4.Princpio de Le Chtelier (1884)
Num sistema em equilbrio, sempre
temos duas reaes: a endotrmica, que absorve calor, e a exotrmica, que libera calor. Quando aumentamos a temperatura, favorecemos a reao que absorve calor. Quando h diminuio da temperatura, favorecemos a reao que libera calor.
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4.Princpio de Le Chtelier (1884)
Observe o que ocorre com os dois equilbrios dados como exemplos: aumento da temperatura desloca o equilbrio no sentido da reao endotrmica(para a esquerda); diminuio da temperatura desloca o equilbrio no sentido da reao exotrmica(para a direita).
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4.Princpio de Le Chtelier (1884)
aumento da temperatura desloca o equilbrio no sentido da reao endotrmica(para a direita); diminuio da temperatura desloca o equilbrio no sentido da reao exotrmica(para a esquerda).
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EXERCCIO RESOLVIDO
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EXERCCIOS PROPOSTOS
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EXERCCIOS PROPOSTOS