CINÉTICA QUÍMICA

CAPÍTULO – 14

ALUNOS :: CAIO MARQUES DE SOUZA - 14287CAIO MARQUES DE SOUZA - 14287 FELIPE HENRIQUE SANTOS - 14296FELIPE HENRIQUE SANTOS - 14296

APRESENTAÇÃOAPRESENTAÇÃO► INTRODUÇÃO;INTRODUÇÃO;► FATORES QUE AFETAM AS VELOCIDADES DE FATORES QUE AFETAM AS VELOCIDADES DE

REAÇÕES;REAÇÕES;► VELOCIDADES DE REAÇÕES;VELOCIDADES DE REAÇÕES;► CONCENTRAÇÃO E VELOCIDADE;CONCENTRAÇÃO E VELOCIDADE;► VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO COM O VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO COM O

TEMPO;TEMPO;► TEMPERATURA E VELOCIDADE;TEMPERATURA E VELOCIDADE;► MECANISMOS DE REAÇÃO;MECANISMOS DE REAÇÃO;► CATÁLISE;CATÁLISE;► REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

► CINÉTICA QUÍMICACINÉTICA QUÍMICA É A ÁREA DA QUÍMICA QUE É A ÁREA DA QUÍMICA QUE ESTÁ PREOCUPADA COM AS VELOCIDADES DAS ESTÁ PREOCUPADA COM AS VELOCIDADES DAS REAÇÕES.REAÇÕES.

► ELA SE RELACIONA, POR EXEMPLO, COM AELA SE RELACIONA, POR EXEMPLO, COM A RAPIDEZRAPIDEZ COM QUE UM MEDICAMENTO É CAPAZ COM QUE UM MEDICAMENTO É CAPAZ DE AGIR.DE AGIR.

► NOSSO MAIOR OBJETIVO AQUI É CONSIDERAR NOSSO MAIOR OBJETIVO AQUI É CONSIDERAR OS FATORES QUE OS FATORES QUE CONTROLAM ESSAS CONTROLAM ESSAS VELOCIDADESVELOCIDADES..

FATORES QUE AFETAM AS FATORES QUE AFETAM AS VELOCIDADES DE REAÇÕESVELOCIDADES DE REAÇÕES

► EXISTEM QUATRO FATORES RESPONSÁVEIS EXISTEM QUATRO FATORES RESPONSÁVEIS PARA QUE OCORRA A VARIAÇÃO DAS PARA QUE OCORRA A VARIAÇÃO DAS VELOCIDADES DE REAÇÕES:VELOCIDADES DE REAÇÕES:

1.1. O ESTADO FÍSICO DOS REAGENES;O ESTADO FÍSICO DOS REAGENES;

2.2. AS CONCENTRAÇÕES DOS REAGENTES;AS CONCENTRAÇÕES DOS REAGENTES;

3.3. A TEMPERATURA NA QUAL A REAÇÃO OCORRE;A TEMPERATURA NA QUAL A REAÇÃO OCORRE;

4.4. A PRESENÇA DE UM CATALISADOR.A PRESENÇA DE UM CATALISADOR.

VELOCIDADES DE REAÇÕESVELOCIDADES DE REAÇÕES

► VELOCIDADE MÉDIA:VELOCIDADE MÉDIA:

► REPRESENTA A VARIAÇÃO NA QUANTIDADE DE UM REPRESENTA A VARIAÇÃO NA QUANTIDADE DE UM REAGENTE OU PRODUTO NUM INTERVALO DE TEMPO.REAGENTE OU PRODUTO NUM INTERVALO DE TEMPO.

► DADA A REAÇÃO HIPOTÉTICA :DADA A REAÇÃO HIPOTÉTICA :

A BA B

VELOCIDADE MÉDIA EM RELAÇÃO A:VELOCIDADE MÉDIA EM RELAÇÃO A:B = Δ[B] / Δt e A= -Δ[A] / Δt

UNIDADE : mol / L . sUNIDADE : mol / L . s

► VELOCIDADE INSTANTANÊA:VELOCIDADE INSTANTANÊA:

► REPRESENTA A VARIAÇÃO NA QUANTIDADE DE UM REPRESENTA A VARIAÇÃO NA QUANTIDADE DE UM REAGENTE OU PRODUTO NUM INSTANTE (MENOR REAGENTE OU PRODUTO NUM INSTANTE (MENOR INTERVALO DE TEMPO QUE SE POSSA IMAGINAR).INTERVALO DE TEMPO QUE SE POSSA IMAGINAR).

► E É DETERMINADA PELA INCLINAÇÃO DA TANGENTE À E É DETERMINADA PELA INCLINAÇÃO DA TANGENTE À CURVA NO PONTO DE INTERESSE EM UM CURVA NO PONTO DE INTERESSE EM UM GRÁFICO DE [ ] GRÁFICO DE [ ] VERSUS TEMPOVERSUS TEMPO..

► VELOCIDADE DE REAÇÃO E ESTEQUIOMETRIA :VELOCIDADE DE REAÇÃO E ESTEQUIOMETRIA :

► O QUE ACONTECE QUANDO AS RELAÇÕES O QUE ACONTECE QUANDO AS RELAÇÕES ESTEQUIOMÉTRICAS NÃO SÃO UM PARA UM?ESTEQUIOMÉTRICAS NÃO SÃO UM PARA UM?

► EM GERAL, PARA A REAÇÃO:EM GERAL, PARA A REAÇÃO:

aA + bB cC + dDaA + bB cC + dD

► A VELOCIDADE É DADA POR:A VELOCIDADE É DADA POR:

VELOCIDADE VELOCIDADE ==--ΔΔ[A][A]——————a · a · ΔΔ t t

- - ΔΔ[B][B]——————b · b · ΔΔ t t

  ΔΔ[C][C]——————c · c · ΔΔ t t

  ΔΔ[D][D]——————d · d · ΔΔ t t

== == ==

CONCENTRAÇÃO E VELOCIDADECONCENTRAÇÃO E VELOCIDADE

► UM MODO DE ESTUDAR O EFEITO DA CONCENTRAÇÃO UM MODO DE ESTUDAR O EFEITO DA CONCENTRAÇÃO NA VELOCIDADE DE REAÇÃO É DETERMINAR A NA VELOCIDADE DE REAÇÃO É DETERMINAR A MANEIRA NA QUAL A VELOCIDADE NO COMEÇO DA MANEIRA NA QUAL A VELOCIDADE NO COMEÇO DA REAÇÃO (VELOCIDADE INICIAL) DEPENDE DAS REAÇÃO (VELOCIDADE INICIAL) DEPENDE DAS CONCENTRAÇÕES INICIAIS.CONCENTRAÇÕES INICIAIS.

► A EQUAÇÃO QUE MOSTRA COMO A VELOCIDADE A EQUAÇÃO QUE MOSTRA COMO A VELOCIDADE DEPENDE DAS CONCENTRAÇÕES DOS REAGENTES É DEPENDE DAS CONCENTRAÇÕES DOS REAGENTES É CHAMADA CHAMADA LEI DE VELOCIDADE.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 BOBS: em reações elementares n = a e m = b

V = K [A]a . [B]b

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

EXPERIMENTAIS.EXPERIMENTAIS.

VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO COM O TEMPOCOM O TEMPO

► AS CONCENTRAÇÕES DOS REAGENTES OU PRODUTOS AS CONCENTRAÇÕES DOS REAGENTES OU PRODUTOS SÃO DETERMINADAS A QUALQUER MOMENTO DURANTE SÃO DETERMINADAS A QUALQUER MOMENTO DURANTE O CURSO DA REAÇÃO POR EQUAÇÕES.O CURSO DA REAÇÃO POR EQUAÇÕES.

► PARA REAÇÕES DE PRIMEIRA ORDEM: PARA REAÇÕES DE PRIMEIRA ORDEM:

AA PRODUTOS PRODUTOS

VELOCIDADE =VELOCIDADE = k [A]k [A]

--ΔΔ[A][A]—————— ΔΔ t t

==

► INTEGRANDO: ...INTEGRANDO: ...

ESSA RELAÇÃO PODE SER TRANSFORMADA EM ESSA RELAÇÃO PODE SER TRANSFORMADA EM UMA EQUAÇÃO QUE RELACIONA A UMA EQUAÇÃO QUE RELACIONA A CONCENTRAÇÃO DE A NO INÍCIO DA REAÇÃO, CONCENTRAÇÃO DE A NO INÍCIO DA REAÇÃO, [A][A]0, 0, À SUA CONCETRAÇÃO A QUALQUER À SUA CONCETRAÇÃO A QUALQUER OUTRO MOMENTO t, [A]OUTRO MOMENTO t, [A]t:t:

ln [A]ln [A]tt – ln [A] – ln [A]00 = -kt ou ln [A] = -kt ou ln [A]tt = -kt = -kt

[A][A]00

TEMPERATURA E VELOCIDADETEMPERATURA E VELOCIDADE

ENERGIA DE ATIVAÇÃO:ENERGIA DE ATIVAÇÃO:► ENERGIA CINÉTICA ENERGIA CINÉTICA MÍNINAMÍNINA QUE PROPICIE A QUE PROPICIE A

RUPTURA DAS LIGAÇÕES ENTRE OS RUPTURA DAS LIGAÇÕES ENTRE OS REAGENTES E FORMAÇÃO DE NOVAS REAGENTES E FORMAÇÃO DE NOVAS LIGAÇÕES NOS PRODUTOS. QUANTO MAIOR A LIGAÇÕES NOS PRODUTOS. QUANTO MAIOR A Ea, MAIS LENTA É A REAÇÃO!Ea, MAIS LENTA É A REAÇÃO!

COMPLEXO ATIVADO:COMPLEXO ATIVADO:► ESTRUTURA INTERMEDIÁRIA ENTRE OS ESTRUTURA INTERMEDIÁRIA ENTRE OS

REAGENTES E OS PRODUTOS, COM LIGAÇÕES REAGENTES E OS PRODUTOS, COM LIGAÇÕES INTERMEDÁRIAS ENTRE AS DOS REAGENTES E INTERMEDÁRIAS ENTRE AS DOS REAGENTES E AS DOS PRODUTOS.AS DOS PRODUTOS.

ENERGIA DE ATIVAÇÃO:

TEORIA DAS COLISÕESTEORIA DAS COLISÕES::

► PELA PELA TEORIA DAS COLISÕESTEORIA DAS COLISÕES, PARA HAVER , PARA HAVER REAÇÃO É NECESSARIO QUE:REAÇÃO É NECESSARIO QUE:

1.1. AS MOLÉCULAS DOS REAGENTES COLIDAM AS MOLÉCULAS DOS REAGENTES COLIDAM ENTRE SI;ENTRE SI;

2.2. A COLISÃO OCORRA COM GEOMETRIA A COLISÃO OCORRA COM GEOMETRIA FAVORÁVEL À FORMAÇÃO DO COMPLEXO FAVORÁVEL À FORMAÇÃO DO COMPLEXO ATIVADO;   ATIVADO;   

3.3. A ENERGIA DAS MOLÉCULAS QUE COLIDEM A ENERGIA DAS MOLÉCULAS QUE COLIDEM ENTRE SI SEJA IGUAL OU SUPERIOR À ENTRE SI SEJA IGUAL OU SUPERIOR À ENERGIA DE ATIVAÇÃO. ENERGIA DE ATIVAÇÃO.

eficaz

Não eficazI2 H2

HI

HI

I2 H2

TEORIA DAS COLISÕES:

► REGRA DE VAN’T HOFF:REGRA DE VAN’T HOFF:

► UMA VARIAÇÃO DE 10UMA VARIAÇÃO DE 10°C DUPLICA A °C DUPLICA A VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO.VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO.

► ESTA É UMA REGRA APROXIMADA E MUITO ESTA É UMA REGRA APROXIMADA E MUITO LIMITADA.LIMITADA.

► O AUMENTO DA CONCENTRAÇÃO DOS O AUMENTO DA CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES AUMENTA A VELOCIDADE DA REAGENTES AUMENTA A VELOCIDADE DA REAÇÃO.REAÇÃO.

MECANISMOS DE REAÇÃOMECANISMOS DE REAÇÃO

► PROCESSO PELO QUAL OCORRE UMA REAÇÃO.PROCESSO PELO QUAL OCORRE UMA REAÇÃO.

► ETAPAS ELEMENTARES:ETAPAS ELEMENTARES:

AMBOS PROCESSOS OCORREM EM UMA ÚNICA ETAPA.AMBOS PROCESSOS OCORREM EM UMA ÚNICA ETAPA.

EX.: EX.: NO(g) + ONO(g) + O33(g) NO(g) NO22(g) + O(g) + O22(g)(g)

► MOLECULARIDADE DA ETAPA:MOLECULARIDADE DA ETAPA:

NÚMERO DE MOLÉCULAS QUE PARTICIPAM COMO NÚMERO DE MOLÉCULAS QUE PARTICIPAM COMO REAGENTES EM UMA ETAPA ELEMENTAR.REAGENTES EM UMA ETAPA ELEMENTAR.

EX.: BIMOLECULAREX.: BIMOLECULAR

► MECANISMOS DE VÁRIAS ETAPAS:MECANISMOS DE VÁRIAS ETAPAS:

CONSISTE DE UMA SEQÜÊNCIA DE ETAPAS ELEMENTARES.CONSISTE DE UMA SEQÜÊNCIA DE ETAPAS ELEMENTARES.

PARA A REAÇÃO PARA A REAÇÃO NONO22(g) + CO(g) NO(g) + CO(g) + CO(g) NO(g) + CO22(g)(g)

EX.: EX.: NONO22(g) + NO(g) + NO22(g) NO(g) NO33(g) + NO(g)(g) + NO(g)

NONO33(g) + CO(g) NO(g) + CO(g) NO22(g) + CO(g) + CO22(g)(g)

NONO22(g) + CO(g) NO(g) + CO(g) + CO(g) NO(g) + CO22(g)(g)

► OBSERVAÇÃO: OBSERVAÇÃO:

NONO33(g) = INTERMEDIÁRIO(g) = INTERMEDIÁRIO

++

► LEIS DE VELOCIDADE PARA ETAPAS LEIS DE VELOCIDADE PARA ETAPAS ELEMENTARES:ELEMENTARES:

SE A SUA LEI DE VELOCIDADE FORSE A SUA LEI DE VELOCIDADE FORELEMENTAR, ELEMENTAR, A SUA LEI DE VELOCIDADE SERÁ A SUA LEI DE VELOCIDADE SERÁ SABIDA.SABIDA.

► PROCESSO UNIMOLECULAR:PROCESSO UNIMOLECULAR:

A PRODUTOSA PRODUTOS

VELOCIDADE = k[A] (1ª ORDEM)VELOCIDADE = k[A] (1ª ORDEM)

► PROCESSO BIMOLECULAR:PROCESSO BIMOLECULAR:

A + B PRODUTOSA + B PRODUTOS

VELOCIDADE = k[A][B] (2ª ORDEM)VELOCIDADE = k[A][B] (2ª ORDEM)

► LEIS DE VELOCIDADE PARA MECANISMOS DE VÁRIAS ETAPAS:LEIS DE VELOCIDADE PARA MECANISMOS DE VÁRIAS ETAPAS:

ETAPA LENTA = ETAPA LENTA = ETAPA DETERMINANTE DA VELOCIDADEETAPA DETERMINANTE DA VELOCIDADE..

► ETAPA 1: ETAPA 1: NONO22(g) + NO(g) + NO22(g) NO(g) NO33(g) + NO(g) (LENTA)(g) + NO(g) (LENTA)

ETAPA 2:ETAPA 2: NO NO33(g) + CO(g) NO(g) + CO(g) NO22(g) + CO(g) + CO22(g) (RÁPIDA)(g) (RÁPIDA)

TOTAL:TOTAL: NO NO22(g) + CO(g) NO(g) + CO(g) NO22(g) + CO(g) + CO22(g)(g)

► VELOCIDADE = k[NOVELOCIDADE = k[NO22]²]²

► OBSERVAÇÃO:OBSERVAÇÃO:

EM QUALQUER SITUAÇÃO, A EM QUALQUER SITUAÇÃO, A ETAPA DETERMINANTE DAETAPA DETERMINANTE DA VELOCIDADEVELOCIDADE GOVERNA A LEI DE VELOCIDADE PARA A GOVERNA A LEI DE VELOCIDADE PARA A REAÇÃO COMO UM TODO.REAÇÃO COMO UM TODO.

► SUPERFÍCIE DE CONTATO:SUPERFÍCIE DE CONTATO:

► QUANTO MAIOR FOR O GRAU DE DISPERSÃO DE QUANTO MAIOR FOR O GRAU DE DISPERSÃO DE UM SÓLIDO, MAIOR SERÁ A SUA SUPERFÍCIE E UM SÓLIDO, MAIOR SERÁ A SUA SUPERFÍCIE E MAIOR SERÁ A VELOCIDADE DA REAÇÃO NA QUAL MAIOR SERÁ A VELOCIDADE DA REAÇÃO NA QUAL É REAGENTE.É REAGENTE.

► Fe(prego) + HFe(prego) + H22SOSO44(aq) FeSO(aq) FeSO44(aq) + H(aq) + H22(g)  (v1)(g)  (v1)

► Fe(limalha) + HFe(limalha) + H22SOSO44(aq) FeSO(aq) FeSO44(aq) + H(aq) + H22(g)  (g)  (v2)(v2)

► Na segunda reação, a área de contato é maior!Na segunda reação, a área de contato é maior!► Portanto: v2 > v1Portanto: v2 > v1

CATÁLISECATÁLISE

► OS CATALISADORES ENCONTRAM “CAMINHOS OS CATALISADORES ENCONTRAM “CAMINHOS ALTERNATIVOS” PARA A REAÇÃO, ENVOLVENDO ALTERNATIVOS” PARA A REAÇÃO, ENVOLVENDO MENOR ENERGIA (DIMINUEM A ENERGIA DE ATIVAÇÃO), MENOR ENERGIA (DIMINUEM A ENERGIA DE ATIVAÇÃO), TORNANDO-A MAIS RÁPIDA.TORNANDO-A MAIS RÁPIDA.

► CATÁLISE HOMOGÊNEACATÁLISE HOMOGÊNEA - Catalisador e - Catalisador e reagentes constituem uma só fase. reagentes constituem uma só fase.

► CATÁLISE HETEROGÊNEACATÁLISE HETEROGÊNEA - Catalisador e - Catalisador e reagentes constituem duas ou mais fases reagentes constituem duas ou mais fases

(sistema polifásico ou mistura heterogênea).(sistema polifásico ou mistura heterogênea).

► CARACTERÍSTICAS DOS CATALISADORES:CARACTERÍSTICAS DOS CATALISADORES:  

► a) SOMENTE AUMENTAM A VELOCIDADE;a) SOMENTE AUMENTAM A VELOCIDADE;

► b) NÃO SÃO CONSUMIDOS;b) NÃO SÃO CONSUMIDOS;

► c) NÃO INICIAM REAÇÕES, MAS INTERFEREM NAS QUE c) NÃO INICIAM REAÇÕES, MAS INTERFEREM NAS QUE JÁ OCORREM SEM SUA PRESENÇA;JÁ OCORREM SEM SUA PRESENÇA;

► d) PODEM SER UTILIZADOS EM PEQUENAS d) PODEM SER UTILIZADOS EM PEQUENAS QUANTIDADES, VISTO QUE NÃO SÃO CONSUMIDOS;QUANTIDADES, VISTO QUE NÃO SÃO CONSUMIDOS;

► e) SEUS EFEITOS PODEM SER DIMINUÍDOS PELA e) SEUS EFEITOS PODEM SER DIMINUÍDOS PELA PRESENÇA DE “VENENOS DE CATALISADORES”. PRESENÇA DE “VENENOS DE CATALISADORES”.

CATALISADOR:

► EXEMPLO:EXEMPLO:

► SOSO22(g)  +  ½ O(g)  +  ½ O22(g) SO(g) SO33(g)  Ea = 240 kJ/mol  (g)  Ea = 240 kJ/mol  

► SEM CATALISADORSEM CATALISADOR

► UTILIZANDO NOUTILIZANDO NO22(g) COMO CATALISADOR, A Ea SE (g) COMO CATALISADOR, A Ea SE REDUZ PARA 110 kJ/mol, TORNANDO A REAÇÃO REDUZ PARA 110 kJ/mol, TORNANDO A REAÇÃO EXTREMAMENTE MAIS RÁPIDA!EXTREMAMENTE MAIS RÁPIDA!

► MECANISMO DE REAÇÃOMECANISMO DE REAÇÃO► SOSO22  +  NO  +  NO22  SO  SO33 +  NO   E1 (consumo catalisador) +  NO   E1 (consumo catalisador)► NO   +  ½ ONO   +  ½ O22    NO    NO22  E2 (regeneração   E2 (regeneração

catalisador) catalisador) 

► REAÇÃO GLOBAL:  REAÇÃO GLOBAL:  SOSO22  +  ½ O  +  ½ O22   SO   SO33   E = 110    E = 110 kJ/molkJ/mol

ENZIMA:ENZIMA:

► ENZIMA É UMA PROTEÍNA QUE ATUA COMO ENZIMA É UMA PROTEÍNA QUE ATUA COMO CATALISADOR EM REAÇÕES BIOLÓGICAS. CATALISADOR EM REAÇÕES BIOLÓGICAS. CARACTERIZA-SE PELA SUA AÇÃO ESPECÍFICA E PELA CARACTERIZA-SE PELA SUA AÇÃO ESPECÍFICA E PELA SUA GRANDE ATIVIDADE CATALÍTICA. APRESENTA UMA SUA GRANDE ATIVIDADE CATALÍTICA. APRESENTA UMA TEMPERATURA ÓTIMA, GERALMENTE AO REDOR DE TEMPERATURA ÓTIMA, GERALMENTE AO REDOR DE 3737°C, NA QUAL TEM O MÁXIMO DE ATIVIDADE °C, NA QUAL TEM O MÁXIMO DE ATIVIDADE CATALÍTICA.CATALÍTICA.

► OBS.:OBS.:► PROMOTOR DE REAÇÃO OU ATIVADOR DE PROMOTOR DE REAÇÃO OU ATIVADOR DE

CATALISADOR;CATALISADOR;► VENENO DE CATALISADOR OU INIBIDOR.VENENO DE CATALISADOR OU INIBIDOR.

AUTOCATÁLISE:AUTOCATÁLISE:

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

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASREFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

► QUÍMICA : A CIÊNCIA CENTRAL (BROWN, LEMAY, QUÍMICA : A CIÊNCIA CENTRAL (BROWN, LEMAY, BURSTEN : PEARSON 2005 (9ªed.);BURSTEN : PEARSON 2005 (9ªed.);

► www.mundodoquimico.hpg.ig.com.br/www.mundodoquimico.hpg.ig.com.br/cineticacinetica__quimicaquimica.htm; .htm;

► www.universiabrasil.net.www.universiabrasil.net.