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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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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As reaes qumicas ocorrem com velocidades diferentes e estas podem ser

alteradas.

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O exemplo mais simples de uma reao quando um nico reagente se transforma

em um nico produto.

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A concentrao indicada em mol/L(molaridade), e representada por

um colchete ([ ]), que contm a frmula da

substncia.

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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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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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Assim, a velocidade mdia expressa por:

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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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Os fatores que podem afetar a condio de equilbrio de um sistema so: concentrao,

presso, temperatura.

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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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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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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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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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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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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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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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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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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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EXERCCIOS PROPOSTOS

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EXERCCIOS PROPOSTOS

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