Cinética Química

Cinética Química

Na(s) + H2O(l) Na(OH)(aq)

G = -2588 Kj/mol

Processo Espontâneo

Reação Rápida

Zn(s) +2 HCl(aq) ZnCl2(aq) + H2(g)

G = -383,5 Kj/mol

Processo Espontâneo

Reação Lenta

Cinética Química

• Espontaneidade não está relacionada com velocidade.

• Velocidade pode ser expressa:

V = nCO/t

V = nNO2/t

V = - nCO2/t

V = - nNO/t

H2 I2 2 HI+

Mecanismos de Reação

Fatores que afetam a velocidade da Reação

•Energia dos choques

•Orientação das moléculas

•Frequência dos choques

H2 I2 2 HI+

Energia de Ativação

Eat

Influência da Temperatura

• Aumento de temperatura – Aumento da Energia Média dos Choques.

Influência da Pressão

Aumento na pressão aumenta a probabilidade (freqüência)

das colisões

Influência da Concentração

Aumento na concentração aumenta a freqüência das

colisões

Lei da Ação das Massas

a A + b B 2AB

v = k1[A]a [B]b

• Com gases, pode-se usar P em lugar de [ ].

Efeito da Área de Contato

Bombril enferruja mais rápido que prego.

Maior área de contato

aumenta a freqüência das colisões

Catalizadores

Substâncias que aceleram uma reação sem

serem consumidas no processo.

Reação Catalizador

Decomposição do Peróxido de Hidrogênio MnO2

Nitração do Benzeno H2SO4(conc)

Conversão do SO2 em SO3 NO2

Hidrogenação da ligação C=C Ni

Catalisadores

Atuação - Diminuem a energia de ativação.

Catalisadores

Fornecem um caminho alternativo para a reação, com menor Eat

A) Formação de um composto intermediário

2 SO2 + O2 2 SO3 (lento – Eat alta)

1) 2 NO + O2 2 NO2 ( + rápido – Eat menor)

2) 2 NO2 + 2 SO2 2 SO3 + 2 NO (rápido)

B) Adsorção dos reagentes

Normalmente envolve metais de transição.

Faz-se uso dos orbitais d vazios do metal de transição.

(Ex – Decomposição do HI catalizada por Platina em pó)

Principais Catalisadores

• Metais de Transição.

• Catalisadores de oxi-redução.

• Ácidos e Bases – Importantes na Química Orgânica.– Seu funcionamento envolve transferência de próton (catálise geral

ácida).

• Enzimas– Catálise baseada em reconhecimento de estruturas espaciais.– RNA polimeraze, Lipases, ATPases, Fosfatases ácidas e alcalinas...

Equilíbrio em Sistemas Homogêneos

Reações Reversíveis

• Reação que se processa simultaneamente nos dois sentidos.

V1 = k1 [H2O]2

V-1 = k-1 [O2] [H2]2

Equilíbrio – As velocidades das reações direta e inversa se igualam

2 H2O 2 H2 + O2

Equilíbrio Dinâmico

V1 = k1 [H2O]2

V-1 = k-1 [O2] [H2]2

Grau de Equilíbrio

= (no. de moles que reagiu)/(no. de moles inicial)

Depende de T, P, V, e n

H2O

H2

H2

O2

O2

H2O

Constante de Equilíbrio

V1 = k1 [H2O]2

V-1 = k-1 [O2] [H2]2

No equilíbrio v1 = v-1

k1 [H2O]2 = k-1 [O2] [H2]2

k1/k-1 = [O2] [H2]2 / [H2O]2

Keq = [O2] [H2]2 / [H2O]2

2 H2O 2 H2 + O2

Constante de Equilíbrio

a A + b B + c C + d D e E + f F + g G +h H

Keq = [A]a [B]b [C]c [D]d

[E]e [F]f [G]g [H]h

Deslocamento de Equilíbrio

• Mudanças nas velocidades das reações direta ou inversa alteram a posição de equilíbrio

H2O+CH3COOH C2H5OH CH3COOC2H5+

(0,333 mol)

(1 mol)

(1 mol)

(0,154 mol)

(0,333 mol)

(1 mol)

(2 mol)

(0,154 mol)

(0,666 mol)

(0 mol)

(0 mol)

(0,845 mol)

(0,666 mol)

(0 mol)

(0 mol)

(0,845 mol)

Inicial

Equilíbrio

Inicial

Equilíbrio

Keq = = 1,332[CH3COOC2H5] [H2O]

[CH3COOH] [C2H5OH]

Deslocamento de Equilíbrio

• Princípio de Le Chatelier - O sistema sempre responde a uma perturbação, atingindo uma nova posição de equilíbrio, de modo a neutralizar a perturbação introduzida.

Keq = = 1,332[CH3COOC2H5] [H2O]

[CH3COOH] [C2H5OH]

H2O+CH3COOH C2H5OH CH3COOC2H5+

(0,333 mol)

(1 mol)

(1 mol)

(0,154 mol)

(0,333 mol)

(1 mol)

(2 mol)

(0,154 mol)

(0,666 mol)

(0 mol)

(0 mol)

(0,845 mol)

(0,666 mol)

(0 mol)

(0 mol)

(0,845 mol)

Inicial

Equilíbrio

Inicial

EquilíbrioEx: Quais as concentrações de equilíbrio, partindo-se das concentrações iniciais abaixo?

Etanol Ácido Acético Água Éster Metil Etílico

1 2 0 0

3 2 1 1

1 1 1 1

Influência da Concentração

Keq = = 1,332[CH3COOC2H5] [H2O]

[CH3COOH] [C2H5OH]

H2O+CH3COOH C2H5OH CH3COOC2H5+

(0,333 mol)

(1 mol)

(1 mol)

(0,154 mol)

(0,333 mol)

(1 mol)

(2 mol)

(0,154 mol)

(0,666 mol)

(0 mol)

(0 mol)

(0,845 mol)

(0,666 mol)

(0 mol)

(0 mol)

(0,845 mol)

Inicial

Equilíbrio

Inicial

Equilíbrio

Influência da Pressão

• Mais sentida em reações que envolvam reagentes gasosos.

Keq = [pH2]3[pN2]

[pNH3]22 NH3(g)3 H2(g) N2(g)+

Qual o resultado de um aumento de pressão?

Influência da Temperatura

2 NH3(g)3 H2(g) N2(g)+ G = -26,2 KJ/mol

Aumento de Temperatura favorece a reação endotérmica!