Ciências da Natureza e suas
Tecnologias - Química
Ensino Médio, 2ª Série
CINÉTICA QUÍMICA
Imagens: (a) Snoopy1974 / Public Domain, (b) U.S. Navy photo by Mass Communication
Specialist 2nd Class Aaron Burden / Public Domain, (c) Creative Commons Attribution-Share
Alike 2.5 Generic e (d) Andrew Magill / Creative Commons Attribution 2.0 Generic.
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
O que as imagens abaixo têm em comum?
Corrosão de metais por
ferrugem...
Formação de cavernas...
Explosão de dinamites...
Queima do cigarro...
2
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
O segredo é a velocidade!
• Para formar as estalactites e estalagmites de
uma caverna, demora milhares (ou milhões)
de anos;
• A corrosão de um metal demora alguns meses
(ou anos);
• Um cigarro é consumido em cerca de 1
minuto;
• Uma dinamite explode instantaneamente.
3
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Cinética Química é...
• O estudo da velocidade das reações químicas!
• A velocidade média vm (ou rapidez) de uma reação
química é...
• A relação entre o que foi consumido (ou formado) e
o tempo transcorrido.
• Para a reação: aA + bB  cC + dD
• Temos, matematicamente:
nREAG nPROD
vm  

t
t
Em termos de quantidade de matéria
4
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Atenção!
• Em aA + bB  cC + dD: a, b, c e d são os coeficientes
estequiométricos da equação química balanceada;
• Na equação da velocidade média, o sinal negativo no 1º
membro significa que o número de mols (quantidade de
matéria) está diminuindo, ou seja, que o reagente está
sendo consumido;
• Se não quisermos trabalhar com números negativos,
podemos colocar o módulo matemático na equação:
nREAG nPROD
vm 

t
t
5
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
E se...
• A situação problema fornecer os dados de concentração
para reagentes e produtos, em vez da quantidade
química (número de mols), utilizamos:
vm 
[ A]
t

[ B]
t
[C ] [ D]


t
t
Em termos de quantidade
de matéria
• Quisermos saber a relação entre as velocidades médias
de reagentes e produtos, temos:
vm A
a

vmB
b

vmC
c

vmD
Relação entre velocidades
d
a, b, c, d = Coeficientes estequiométricos
6
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Podemos observar como variam as
concentrações e a velocidade graficamente:
[R]
velocidade
[P]
I
II
tempo
tempo
A concentração dos
reagentes diminui
com o tempo
A concentração dos
produtos aumenta
com o tempo
III
tempo
E a velocidade
diminui
7
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Teoria das Colisões
• Condições para ocorrência das reações:
1. afinidade entre os reagentes;
2. contato apropriado entre os reagentes.
Ocorre reação:
Antes da reação
Complexo
Ativado
Após a reação
Não ocorre reação:
Antes da reação
Complexo
Ativado
Após a reação
8
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Químicac
A velocidade das reações depende...
• da frequência dos choques;
• da energia (violência) dos
choques  colisões eficazes;
• da orientação apropriada das
moléculas.
X
Y
+
Z
W
+
Geometria adequada para a
formação Z e W
+
Geometria inadequada para a
formação Z e W
9
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Complexo Ativado
• Estado intermediário (de transição) entre reagentes e
produtos.
Reagentes  Complexo Ativado  Produtos
reagentes
A
complexo
B
produtos
AB
C
D
+
+
energia de
formação
EAB
EA+B
energia de
ativação
+
+
EC+D
Reação do tipo:
A+BC+D
EAB = Energia do Complexo
Ativado
EA+B = Energia dos Reagentes
EC+D = Energia dos Produtos
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Energia de Ativação (Ea)
• Energia mínima necessária que os reagentes
devem ter para a formação do complexo
ativado.
Energia (kcal/mol)
Complexo ativado
Reagentes
Caminho da reação
Energia de Ativação = Barreira
Podemos entender a energia
de
ativação
como
uma
barreira que os reagentes
devem ultrapassar para chegar
no complexo ativado!
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Como varia a Energia de Ativação com a
Velocidade?
Quanto maior a Ea,
menor será a velocidade
Energia (kcal/mol)
E2
Complexo ativado
Energia (kcal/mol)
Produto
b
E3
c
E1
E2
Reagentes
Complexo ativado
b
Caminho da reação
E3
Reação endotérmica
c
E1
Reagentes
Ea = ECA - EReag
Ea = Energia de ativação
ECA = E2 = Energia do complexo
ativado
EReag = E1 = Energia dos reagentes
Produto
Caminho da reação
Reação exotérmica
b = Ea
c = H
Ea Sempre será
POSITIVA! (Ea >0)
12
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Atividade Experimental – Decomposição da
Água Oxigenada
• Recipiente A: água oxigenada apenas
• Recipiente B: água oxigenada com batata inglesa
• Recipiente C: água oxigenada com iodeto de
potássio (KI)
• Dica 1: Preencha os recipientes com o mesmo
volume de água oxigenada.
• Dica 2: Tente adicionar a batata inglesa e o iodeto
de potássio no mesmo instante.
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Questões para discussão
01. Descreva o que fora observado nos recipientes A, B e C.
02. Em algum recipiente há desprendimento de gás? Qual (quais)?
03. Se mais de um recipiente desprende gás, em qual haverá maior
desprendimento num tempo de 20 segundos, por exemplo?
04. Se houve desprendimento de algum gás, temos como descobrir que gás
foi formado? Descreva um teste simples.
05. Tocando os recipientes A, B e C (por fora), o que podemos dizer sobre a
energia (entalpia) envolvida no processo?
06. Para que servem a batata inglesa e o KI nos recipientes B e C,
respectivamente?
07. Escreva a equação química balanceada para a decomposição da água
oxigenada.
08. A decomposição da água oxigenada é uma reação endotérmica ou
exotérmica?
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Atividade Experimental – Análise com
comprimido efervescente
•
•
•
•
Recipiente A: Água morna com um pedaço de Sonrisal
Recipiente B: Água gelada com um pedaço de Sonrisal
Recipiente C: Água normal com um Sonrisal inteiro
Recipiente D: Água normal com um Sonrisal triturado
• Dica 1: Tente colocar volumes iguais nos recipientes.
• Dica 2: Para diminuir o número de comprimidos
efervescentes, pode-se cortá-los ao meio e medir
suas massas numa balança de precisão.
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Atividade Experimental – Análise com
comprimido efervescente
01. Considerando os recipientes A e B, onde o Sonrisal se desfez
mais rapidamente? Por quê?
02. Entre os recipientes C e D, onde o Sonrisal se desfez mais
rapidamente? Por quê?
03. Nos recipientes observados, houve desprendimento de
gases? Se houve, é possível afirmar qual gás foi formado?
04. Descreva uma maneira de confirmar o desprendimento do
gás eventualmente formado.
05. Investigando a composição química do Sonrisal, descreva a
equação química do processo ocorrido nos recipientes.
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Imagem: Hedwig Storch / Creative Commons Attribution-Share
Alike 3.0 Unported.
Fatores que influenciam a velocidade
de uma reação química
Aumento da
Concentração
Por que abanamos o fogo?
Num churrasco (ou numa situação
como a da figura ao lado), ao
abanarmos o fogo, aumentamos
a concentração de gás oxigênio
(O2) disponível para ser queimado.
Consequentemente, a velocidade
da reação aumentará, fazendo
com que a labareda aumente!
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Imagem: W.J.Pilsak at de.wikipedia / GNU Free Documentation License.
Fatores que influenciam a velocidade
de uma reação química
Para que serve a geladeira?
Colocamos
alimentos
na
geladeira para conservá-los. A
baixa temperatura da geladeira
diminui a velocidade das
reações químicas responsáveis
por apodrecer alimentos, como
carnes e legumes
Temperatura
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Fatores que influenciam a velocidade
de uma reação química
Quer cozinhar
batatas mais
rapidamente?
Imagem:Tilmann at the German language Wikipedia
/ GNU Free Documentation License.
Superfície de contato
Se
colocarmos
as
batatas em pequenos
pedaços para cozinhar,
economizaremos gás
de cozinha.
Ao fatiarmos a batata,
aumentamos
seu
contato com a água
quente, fazendo com
que
cozinhe
mais
rapidamente!
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
O que é catalisador químico?
Imagem: Hmwith / GNU Free
Documentation License
Tioglicolato de Amônio
Imagem: Rune.welsh at
the wikipedia project / Public
Domain.
Informação retirada de um site de venda do produto
Catalisador Tângara Químico
Desenvolvido para acelerar as reações químicas a base de Tioglicolato de Amônio
Benefícios: Acelera as reações químicas a base de Tioglicolato de Amônio em
cabelos naturas, coloridos ou descoloridos. Tioglicolato de Amõnio – Ativo destinado
a aceleração da ação redutora nos processos com Tioglicolato de Amônio.
Afinal, pra que serve mesmo o tal tioglicolato
de amônio?
20
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
O que é catalisador químico?
• Catalisadores são substâncias que
aumentam a velocidade das reações
químicas, sem serem efetivamente
consumidos.
• Atenção: Os catalisadores podem
ser regenerados após a reação
ocorrer.
• Catalisadores fazem parte de nossa
vida, como no caso das colas Epóxi,
em que uma das massas é o
catalisador – que acelera o
endurecimento da cola.
Imagem: Dzhang2680 / Creative Commons Attribution-Share
Alike 3.0 Unported.
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Por que tais Fatores influenciam a
velocidade?
• Explicações baseadas no princípio:
Quanto maior o número de colisões  Maior a velocidade
1. Temperatura (T)
• Quanto maior a temperatura  Maior a agitação  Maior
o número de choques  Maior velocidade.
2. Superfície de contato (SC)
• Quanto maior a SC  Maior o número de choques 
Maior velocidade.
22
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Por que tais Fatores influenciam a
velocidade?
3. Concentração dos reagentes
• Quanto maior a concentração dos reagentes
 maior número de choques  Maior
velocidade.
4. Catalisador
• Aumenta a velocidade das reações,
diminuindo a energia de ativação.
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Como atua o catalisador?
Energia
Enzimas são
catalisadores
naturais
Maior Energia de Ativação!
Sem enzima
Energia de
ativação
sem enzima
Energia de
ativação
com enzima
Fique Atento!
Inibidores são
substâncias que
diminuem a
velocidade das
reações!
Reagentes
e.g. C5 H12 O6 + O2
com
enzima
Menor Energia de Ativação!
Coordenada de reação
Energia total
liberada na
reação (H)
Produtos
CO2 + H2O
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Mecanismo de Reação
• Sequência em que ocorre uma reação química
 Conjunto de etapas;
• Mecanismo é o conjunto das reações
elementares (etapas);
• Reação elementar  Reação que ocorre
numa só etapa.
• Somatório das reações elementares =
Reação global
• Etapa lenta  Determina a lei de velocidade
25
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Lei de Velocidade
• A velocidade das reações é proporcional às
concentrações dos reagentes:
aA + bB  cC + dD
• x, y = Ordens da reação.  Expoentes
Experimentais;
• x + y = Ordem global da reação.
v  k[ A] [ B]
x
y
26
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Fique Atento!
• Nas reações elementares, os expoentes x e y são
iguais aos coeficientes estequiométricos (a e b):
v  k[ A] [ B]
a
b
• Molecularidade é o número de moléculas que se
chocam em cada reação elementar.
• Em reações com mais de uma etapa (com
mecanismo), sempre haverá uma etapa lenta e
ela determinará a Lei de Velocidade:
• Os expoentes x e y serão iguais aos coeficientes
estequiométricos dos reagentes na etapa lenta.
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Só pra ilustrar a complexidade de
Mecanismo
O
O
OH
PBr3
CH3CH2 C OH
CH3CH2
C
Br
CH3CH
C
Br
Br
Br
Em Química Orgânica, usamos
mecanismos complexos para explicar a
ocorrência de uma reação química.
O
O
H2O
CH3CH2 C OH
Br
CH3CH2
Br
C
+ OH
+
-H
Br
H+
CH3CH
C
Br + Br
Br
28
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Chuva Ácida
Esculturas se degradam mais
rapidamente...
Peixes morrem pela alteração
do pH dos rios...
Imagens: (a) Gentle / GNU Free Documentation License, (b) Thegreenj / GNU Free Documentation License.
29
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Chuva Ácida
A química da chuva
SO2
Dióxido de enxofre
NO e NO2
Óxidos de nitrogênio
N2 + 2O2 + H2O  HNO3 + HNO2
(Nitrogênio)
2SO2 + O2 + 2H2O  2H2SO4
(Enxofre)
A poluição de fábricas e veículos reage
com o vapor de água das nuvens para
formar os ácidos.
Imagem: (c) Gavin Schaefer (Uxud) / GNU Free Documentation License.
30
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Formação de Chuva Ácida
Com Nitrogênio:
N2(g)+ O2(g)  2NO(g)
2NO(g) + O2  2NO2(g) (Etapa Lenta)
2NO2(g) + H2O(l)  HNO3(aq) + HNO2(aq)
• Reação global:
N2(g) + 2O2(g) + H2O(l)  HNO3(g) + HNO2(g)
• Lei de Velocidade:
2
1
2
v  k[ NO] [O ]
31
QUÍMICA, 2º Ano
Cinética Química
Formação de Chuva Ácida
Com Enxofre:
2SO2(g) + O2  2SO3(g) (Etapa Lenta)
SO3(g) + H2O(l)  H2SO4(aq)
• Reação global:
2SO2(g) + O2(g) + 2H2O(l)  2H2SO4(aq)
• Lei de Velocidade:
v  k[SO2 ] [O2 ]
2
1
Tabela de Imagens
Slide
Autoria / Licença
2c
2d
17
18
19
20a
20b
21
Data do
Acesso
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Corrosi 29/03/2012
on_r44.JPG
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:US_Na 29/03/2012
(b) U.S. Navy photo by Mass Communication
vy_090422-N-7130BSpecialist 2nd Class Aaron Burden / Public
318_A_fireball_erupts_as_dynamite_and_TNT_
Domain.
are_used_to_clear_boulders.jpg
(c) Creative Commons Attribution-Share Alike
29/03/2012
2.5 Generic Creative Commons Attribution 2.0 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nerja_c
ave.jpg
Generic.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cigaret 29/03/2012
(d) Andrew Magill / Creative
te_ash.jpg
Commons Attribution 2.0 Generic.
Hedwig Storch / Creative Commons Attribution- http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Barbec 30/03/2012
ue_DSCF0013.JPG
Share Alike 3.0 Unported.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kuehlsc 30/03/2012
W.J.Pilsak at de.wikipedia / GNU Free
hrank.jpg
Documentation License.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kartoff 30/03/2012
Tilmann at the German language Wikipedia /
eln_der_Sorte_Marabel.JPG
GNU Free Documentation License.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hair_st 30/03/2012
Hmwith / GNU Free Documentation License
raightening_before_and_after.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ammo 30/03/2012
Rune.welsh at the wikipedia project / Public
nium_thioglycolate.png
Domain.
Dzhang2680 / Creative Commons Attribution- http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Epoxy.j 30/03/2012
Share Alike 3.0 Unported. pg
2a (a) Snoopy1974 / Public Domain.
2b
Link da Fonte
Tabela de Imagens
Slide
Autoria / Licença
29a (a) Gentle / GNU Free Documentation License.
29b (c) Thegreenj / GNU Free Documentation
License.
30 (c) Gavin Schaefer (Uxud) / GNU Free
Documentation License.
Link da Fonte
Data do
Acesso
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dead_F 30/03/2012
ishes_on_the_shores_of_Salton_City.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Darkcu 30/03/2012
pid.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Heavy_ 30/03/2012
night_industrial_light_pollution.jpg