CINÉTICA QUÍMICA
CAPÍTULO – 14
ALUNOS : CAIO MARQUES DE SOUZA - 14287
FELIPE HENRIQUE SANTOS - 14296
APRESENTAÇÃO
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INTRODUÇÃO;
FATORES QUE AFETAM AS VELOCIDADES DE
REAÇÕES;
VELOCIDADES DE REAÇÕES;
CONCENTRAÇÃO E VELOCIDADE;
VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO COM O TEMPO;
TEMPERATURA E VELOCIDADE;
MECANISMOS DE REAÇÃO;
CATÁLISE;
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
INTRODUÇÃO
►
CINÉTICA QUÍMICA É A ÁREA DA QUÍMICA QUE ESTÁ
PREOCUPADA COM AS VELOCIDADES DAS REAÇÕES.
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ELA SE RELACIONA, POR EXEMPLO, COM A RAPIDEZ
COM QUE UM MEDICAMENTO É CAPAZ DE AGIR.
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NOSSO MAIOR OBJETIVO AQUI É CONSIDERAR OS
FATORES QUE CONTROLAM ESSAS VELOCIDADES.
FATORES QUE AFETAM AS
VELOCIDADES DE REAÇÕES
►
EXISTEM QUATRO FATORES RESPONSÁVEIS PARA
QUE OCORRA A VARIAÇÃO DAS VELOCIDADES DE
REAÇÕES:
1.
O ESTADO FÍSICO DOS REAGENES;
2.
AS CONCENTRAÇÕES DOS REAGENTES;
3.
A TEMPERATURA NA QUAL A REAÇÃO OCORRE;
4.
A PRESENÇA DE UM CATALISADOR.
VELOCIDADES DE REAÇÕES
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VELOCIDADE MÉDIA:
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REPRESENTA A VARIAÇÃO NA QUANTIDADE DE UM REAGENTE
OU PRODUTO NUM INTERVALO DE TEMPO.
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DADA A REAÇÃO HIPOTÉTICA :
A
B
VELOCIDADE MÉDIA EM RELAÇÃO A:B = Δ[B] / Δt e A= -Δ[A] / Δt
UNIDADE : mol / L . s
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VELOCIDADE INSTANTANÊA:
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REPRESENTA A VARIAÇÃO NA QUANTIDADE DE UM REAGENTE OU
PRODUTO NUM INSTANTE (MENOR INTERVALO DE TEMPO QUE SE
POSSA IMAGINAR).
E É DETERMINADA PELA INCLINAÇÃO DA TANGENTE À CURVA NO
PONTO DE INTERESSE EM UM GRÁFICO DE [ ] VERSUS TEMPO.
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VELOCIDADE DE REAÇÃO E ESTEQUIOMETRIA :
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O QUE ACONTECE QUANDO AS RELAÇÕES ESTEQUIOMÉTRICAS
NÃO SÃO UM PARA UM?
EM GERAL, PARA A REAÇÃO:
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aA + bB
►
cC + dD
A VELOCIDADE É DADA POR:
VELOCIDADE =
-Δ[A]
——— =
a·Δt
- Δ[B]
Δ[C]
Δ[D]
——— = ——— = ———
b·Δt
c·Δt
d·Δt
CONCENTRAÇÃO E VELOCIDADE
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►
UM MODO DE ESTUDAR O EFEITO DA CONCENTRAÇÃO NA
VELOCIDADE DE REAÇÃO É DETERMINAR A MANEIRA NA QUAL A
VELOCIDADE NO COMEÇO DA REAÇÃO (VELOCIDADE INICIAL)
DEPENDE DAS CONCENTRAÇÕES INICIAIS.
A EQUAÇÃO QUE MOSTRA COMO A VELOCIDADE DEPENDE DAS
CONCENTRAÇÕES DOS REAGENTES É CHAMADA LEI DE
VELOCIDADE.
LEI DA VELOCIDADE.
aA + bB
cC+dD
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 B
OBS: em reações elementares n = a e m = b
V = K [A]a . [B]b
•ANALISE-SE AGORA COMO SE DETERMINA A LEI DE
VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO A PARTIR DE DADOS
EXPERIMENTAIS.
VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO
COM O TEMPO
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AS CONCENTRAÇÕES DOS REAGENTES OU PRODUTOS SÃO
DETERMINADAS A QUALQUER MOMENTO DURANTE O CURSO DA
REAÇÃO POR EQUAÇÕES.
PARA REAÇÕES DE PRIMEIRA ORDEM:
A
PRODUTOS
-Δ[A]
VELOCIDADE = ——— = k [A]
Δt
►
INTEGRANDO: ...
ESSA RELAÇÃO PODE SER TRANSFORMADA EM UMA
EQUAÇÃO QUE RELACIONA A CONCENTRAÇÃO DE A
NO INÍCIO DA REAÇÃO, [A]0, À SUA CONCETRAÇÃO A
QUALQUER OUTRO MOMENTO t, [A]t:
ln [A]t – ln [A]0 = -kt
ou
ln [A]t = -kt
[A]0
TEMPERATURA E VELOCIDADE
ENERGIA DE ATIVAÇÃO:
► ENERGIA CINÉTICA MÍNINA QUE PROPICIE A RUPTURA
DAS LIGAÇÕES ENTRE OS REAGENTES E FORMAÇÃO
DE NOVAS LIGAÇÕES NOS PRODUTOS. QUANTO
MAIOR A Ea, MAIS LENTA É A REAÇÃO!
COMPLEXO ATIVADO:
► ESTRUTURA INTERMEDIÁRIA ENTRE OS REAGENTES
E OS PRODUTOS, COM LIGAÇÕES INTERMEDÁRIAS
ENTRE AS DOS REAGENTES E AS DOS PRODUTOS.
ENERGIA DE ATIVAÇÃO:
TEORIA DAS COLISÕES:
►
PELA TEORIA DAS COLISÕES, PARA HAVER REAÇÃO É
NECESSARIO QUE:
1.
AS MOLÉCULAS DOS REAGENTES COLIDAM ENTRE SI;
A COLISÃO OCORRA COM GEOMETRIA FAVORÁVEL À
FORMAÇÃO DO COMPLEXO ATIVADO;
A ENERGIA DAS MOLÉCULAS QUE COLIDEM ENTRE SI
SEJA IGUAL OU SUPERIOR À ENERGIA DE ATIVAÇÃO.
2.
3.
TEORIA DAS COLISÕES:
HI
HI
I2 H2
I2
H2
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REGRA DE VAN’T HOFF:
►
UMA VARIAÇÃO DE 10°C DUPLICA A VELOCIDADE DE
UMA REAÇÃO.
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ESTA É UMA REGRA APROXIMADA E MUITO LIMITADA.
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O AUMENTO DA CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES
AUMENTA A VELOCIDADE DA REAÇÃO.
MECANISMOS DE REAÇÃO
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PROCESSO PELO QUAL OCORRE UMA REAÇÃO.
►
ETAPAS ELEMENTARES:
AMBOS PROCESSOS OCORREM EM UMA ÚNICA ETAPA.
EX.: NO(g) + O3(g)
NO2(g) + O2(g)
►
MOLECULARIDADE DA ETAPA:
NÚMERO DE MOLÉCULAS QUE PARTICIPAM COMO
REAGENTES EM UMA ETAPA ELEMENTAR.
EX.: BIMOLECULAR
►
MECANISMOS DE VÁRIAS ETAPAS:
CONSISTE DE UMA SEQÜÊNCIA DE ETAPAS ELEMENTARES.
PARA A REAÇÃO NO2(g) + CO(g)
NO(g) + CO 2(g)
EX.:
NO2(g) + NO2(g)
NO3(g) + NO(g)
+
NO3(g) + CO(g)
NO2(g) + CO2(g)
NO2(g) + CO(g)
NO(g) + CO2(g)
►
OBSERVAÇÃO:
NO3(g) = INTERMEDIÁRIO
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LEIS DE VELOCIDADE PARA ETAPAS ELEMENTARES:
SE A SUA LEI DE VELOCIDADE FOR
ELEMENTAR,
A SUA LEI DE VELOCIDADE SERÁ SABIDA.
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PROCESSO UNIMOLECULAR:
A
PRODUTOS
VELOCIDADE = k[A]
(1ª ORDEM)
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PROCESSO BIMOLECULAR:
A + B
PRODUTOS
VELOCIDADE = k[A][B]
(2ª ORDEM)
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LEIS DE VELOCIDADE PARA MECANISMOS DE VÁRIAS ETAPAS:
ETAPA LENTA = ETAPA DETERMINANTE DA VELOCIDADE.
ETAPA 1: NO2(g) + NO2(g)
ETAPA 2: NO3(g) + CO(g)
TOTAL: NO2(g) + CO(g)
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NO3(g) + NO(g) (LENTA)
NO2(g) + CO2(g) (RÁPIDA)
NO2(g) + CO2(g)
VELOCIDADE = k[NO2]²
OBSERVAÇÃO:
EM QUALQUER SITUAÇÃO, A ETAPA DETERMINANTE DA VELOCIDADE
GOVERNA A LEI DE VELOCIDADE PARA A REAÇÃO COMO UM TODO.
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SUPERFÍCIE DE CONTATO:
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QUANTO MAIOR FOR O GRAU DE DISPERSÃO DE UM
SÓLIDO, MAIOR SERÁ A SUA SUPERFÍCIE E MAIOR
SERÁ A VELOCIDADE DA REAÇÃO NA QUAL É
REAGENTE.
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Fe(prego) + H2SO4(aq)
FeSO4(aq) + H2(g) (v1)
Fe(limalha) + H2SO4(aq)
FeSO4(aq) + H2(g) (v2)
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Na segunda reação, a área de contato é maior!
Portanto: v2 > v1
CATÁLISE
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OS CATALISADORES ENCONTRAM “CAMINHOS ALTERNATIVOS”
PARA A REAÇÃO, ENVOLVENDO MENOR ENERGIA (DIMINUEM A
ENERGIA DE ATIVAÇÃO), TORNANDO-A MAIS RÁPIDA.
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CATÁLISE HOMOGÊNEA - Catalisador e reagentes
constituem uma só fase.
CATÁLISE HETEROGÊNEA - Catalisador e reagentes
constituem duas ou mais fases (sistema polifásico ou mistura
heterogênea).
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CARACTERÍSTICAS DOS CATALISADORES:
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a) SOMENTE AUMENTAM A VELOCIDADE;
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b) NÃO SÃO CONSUMIDOS;
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c) NÃO INICIAM REAÇÕES, MAS INTERFEREM NAS QUE JÁ
OCORREM SEM SUA PRESENÇA;
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d) PODEM SER UTILIZADOS EM PEQUENAS QUANTIDADES, VISTO
QUE NÃO SÃO CONSUMIDOS;
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e) SEUS EFEITOS PODEM SER DIMINUÍDOS PELA PRESENÇA DE
“VENENOS DE CATALISADORES”.
CATALISADOR:
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EXEMPLO:
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SO2(g) + ½ O2(g)
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SEM CATALISADOR
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UTILIZANDO NO2(g) COMO CATALISADOR, A Ea SE REDUZ PARA
110 kJ/mol, TORNANDO A REAÇÃO EXTREMAMENTE MAIS RÁPIDA!
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MECANISMO DE REAÇÃO
SO2 + NO2
SO3 + NO E1 (consumo catalisador)
NO + ½ O2
NO2
E2 (regeneração catalisador)
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REAÇÃO GLOBAL: SO2 + ½ O2
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SO3(g) Ea = 240 kJ/mol
SO3 E = 110 kJ/mol
ENZIMA:
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ENZIMA É UMA PROTEÍNA QUE ATUA COMO CATALISADOR EM
REAÇÕES BIOLÓGICAS. CARACTERIZA-SE PELA SUA AÇÃO
ESPECÍFICA E PELA SUA GRANDE ATIVIDADE CATALÍTICA.
APRESENTA UMA TEMPERATURA ÓTIMA, GERALMENTE AO
REDOR DE 37°C, NA QUAL TEM O MÁXIMO DE ATIVIDADE
CATALÍTICA.
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OBS.:
PROMOTOR DE REAÇÃO OU ATIVADOR DE CATALISADOR;
VENENO DE CATALISADOR OU INIBIDOR.
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AUTOCATÁLISE:
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AUTOCATÁLISE – QUANDO UM DOS PRODUTOS DA
REAÇÃO ATUA COMO CATALISADOR. NO INÍCIO, A
REAÇÃO É LENTA E, À MEDIDA QUE O CATALISADOR
(PRODUTO) VAI SE FORMANDO, SUA VELOCIDADE VAI
AUMENTANDO.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
►
QUÍMICA : A CIÊNCIA CENTRAL (BROWN, LEMAY, BURSTEN :
PEARSON 2005 (9ªed.);
►
www.mundodoquimico.hpg.ig.com.br/cinetica_quimica.htm;
►
www.universiabrasil.net.