CINÉTICA QUÍMICA

CINÉTICA QUÍMICA Parte da química que estuda a rapidez das reações

Oxidação do ferro (ocorre de forma lenta). Este estudo é importante para o nosso dia-a-dia, pois explica alguns fenômenos que convivemos tais como:

Alimentos em panela de pressão cozinham mais rápidos.

VELOCIDADE MÉDIA DE UMA REAÇÃO É a maior ou menor rapidez (velocidade) com que uma reação ocorre

É calculada pela relação entre a quantidade de um reagente (ou produto) que é consumido (ou produzido) e o intervalo de tempo gasto para isto v = [ final ] [ inicial ] – final t – inicial t M

As quantidades das substâncias são medidas em mol/L, massas, volumes (gases), etc., Enquanto que o intervalo de tempo pode ser dado em segundos, minutos ou horas

A quantidade de reagente ou produto medida em mol/L é representada por [ ]

01) (Covest – 2006) A reação de decomposição da amônia gasosa foi realizada em um recipiente fechado: 2 NH 3  N 2 + 3 H 2 A tabela abaixo indica a variação na concentração de reagente em função do tempo. Concentração de NH 3 em mol/ L Tempo em horas 8,0 6,0 4,0 1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 Qual é a velocidade média de consumo do reagente nas duas primeiras horas de reação? a) 4,0 mol / L.h b) 2,0 mol / L.h c) 10 km / h d) 1,0 mol / L.h e) 2,3 mol / h V m = 4 mol / L 2 h = 2 mol / L . h

02) Em determinada experiência, a reação de formação de água está ocorrendo com o consumo de 4 mols de oxigênio por minuto. Conseqüentemente, a velocidade de consumo de hidrogênio é de: a) 2 mols/min. b) 4 mols/min. c) 8 mols/min. d) 12 mols/min. e) 16 mols/min. H 2 + O 2  H 2 O 2 mols/min de H 2 1 mols/min de O 2 n mols/min de H 2 4 mols/min de O 2 n = 2 x 4 n = 8 mols / min 2 2 1

03) (FMIt - MG) Numa reação completa de combustão, foi consumido, em 5 min, 0,25 mol de metano, que foi transformado em CO 2 e H 2 O. A velocidade da reação será: a) 0,80 mol/min. b) 0,40 mol/min. c) 0,05 mol/min. d) 0,60 mol/min. e) 0,30 mol/min. V m = 0,25 mol 5 min = 0,05 mol / min V m

Ex. 05 Pag. 38 05) (Ufscar – SP) Para a reação A + 2 B  C, com concentrações iniciais de A e B iguais a 8,5 molar e 15 molar, respectivamente, colheram-se os seguintes dados em laboratório: tempo (h) 0 1,0 2,0 3,0 4,0 [C] 0 3,0 4,5 5,0 5,5 Calcule: a) A velocidade média da reação no intervalo de tempo de 1h e 3h. a) A concentração de A no tempo de 4h v = 5,0 – 3,0 3 – 1 = 2,0 2 = 1 mol/L x h Em 4 h são produzidos 5,5 mol/L de C, que tem a mesma velocidade de consumo de A, 5,5 mol/L Em 4 h restarão 8,5 – 5,5 = 3,0 mol/L

FATORES QUE INFLUEM NA VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO Para compreendermos os fatores que alteram a velocidade de uma reação devemos conhecer a TEORIA DAS COLISÕES

energia suficiente e orientação adequada COLISÃO EFETIVA H 2 I 2 + 2 HI

energia insuficiente COLISÃO NÃO EFETIVA H 2 I 2 + H 2 I 2 +

orientação inadequada COLISÃO NÃO EFETIVA H 2 I 2 + H 2 I 2 +

I. Da freqüência das colisões. II. Da energia das colisões. III. Da orientação das moléculas nas colisões . De acordo com a teoria das colisões pode-se afirmar que a velocidade de uma reação depende:

A freqüência e a energia das colisões são afetadas pelos fatores: Estado particular em que se encontram os reagentes Temperatura em que se realiza a experiência Eletricidade

Luz Pressão Concentração dos reagentes Catalisadores

Estado particular dos reagentes No que se refere ao estado físico dos reagentes Os gases reagem melhor que os líquidos, e estes melhor que os sólidos No que se refere aos sólidos: Quanto mais pulverizados estiverem os reagentes, mais rápida é a reação

Temperatura em que se realiza a experiência Um aumento da temperatura aumenta a freqüência e a energia das colisões entre os reagentes, como conseqüência, o número de colisões efetivas e a velocidade da reação aumentam

Para que as moléculas quebrem suas ligações iniciais e formem novas substâncias é necessária uma energia mínima denominada de ENERGIA DE ATIVAÇÃO (Ea)

caminho da reação energia ( kcal ) + 10 + 15 + 50 E a = + 40 kcal

A energia elétrica pode ser usada para aumentar a energia cinética das moléculas e, em função disto aumentar a velocidade da reação É o que ocorre nos motores dos automóveis onde a faísca elétrica provoca a combustão da gasolina ELETRICIDADE

LUZ A luz provoca algumas reações denominadas de REAÇÕES FOTOQUÍMICAS As principais são: Fotossíntese Decomposição da água oxigenada em água e oxigênio

CATALISADORES É uma substância que diminui a energia de ativação de uma reação aumentando assim a sua velocidade Os catalisadores não são consumidos durante a reação Os catalisadores não alteram a variação de entalpia da reação

caminho da reação energia ( kcal ) + 10 + 15 E a = + 40 kcal sem catalisador + 50 + 30 E a = + 20 kcal com catalisador

02) O carvão é combustível constituído de uma mistura de compostos ricos em carbono. A situação do combustível, do comburente e a temperatura utilizada favorecerão a combustão do carbono com maior velocidade, é, na ordem: a) carvão em pedaços, ar atmosférico, 0°C. b) carvão pulverizado, ar atmosférico, 30°C. c) carvão em pedaços, oxigênio puro, 20°C. d) carvão pulverizado, oxigênio puro, 100°C. e) carvão em pedaços, oxigênio líquido, 50°C.

CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES Um aumento da concentração dos reagentes numa solução acarretará no aumento do número de colisões e, em conseqüência, um aumento da velocidade da reação

Para uma reação genérica: a A + b B  Produtos A velocidade da reação é dada pela expressão: Onde os valores de “ x ” e “ y ” são determinados experimentalmente Esta equação é conhecida pelo nome de LEI DA VELOCIDADE v = k [ A ] [ B ] x y

Para as reações ELEMENTARES os valores dos expoentes são iguais aos coeficientes das substâncias na equação química 2 NO (g) + H 2 (g)  N 2 O (g) + H 2 O (g) v = k [ NO ] [ H 2 ] 2 Para a reação: A lei da velocidade é :

Se uma reação ocorrer em várias etapas sua velocidade é dada pela ETAPA MAIS LENTA A + A  A 2 ( etapa lenta ) A 2 + B  A 2 B ( etapa rápida ) 2 A + B  A 2 B ( reação global ) v = k [ A ] 2 A lei da velocidade é:

01) A reação A + 2 B  P se processa em uma única etapa. Qual a velocidade desta reação quando K = 0,3 L/mol . min, [A] = 2,0 M e [B] = 3,0 M ? a) 5,4. b) 4,5. c) 1,8. d) 18,0. e) 54. v = k [ A ] [ B ] 2 k = 0,3 L / mol . min [ A ] = 2,0 M [ B ] = 3,0 M = 0,3 x 2 x 3 2 = 0,3 x 2 x 9 v = 5,4

03) Na decomposição térmica da amônia expressa pela equação: 2 NH 3 (g)  N 2 (g) + 3 H 2 (g) Duplicando-se a concentração molar de NH 3 , a velocidade da reação ficará: a) inalterada. b) duas vezes maior. c) três vezes maior. d) quatro vezes maior. e) seis vezes maior. v = k [ NH 3 ] 2 [ NH 3 ] = x mol /L v = k x 2 [ NH 3 ] = 2x mol /L v’ = k ( 2x ) 2 v’ = k x 4 2 v’ = 4 v

05) A tabela abaixo apresenta os valores das velocidades de reação e as correspondentes concentrações em mol / L dos reagentes em idênticas condições, para o processo químico representado pela equação: 3 X + 2 Y  Z + 5 W velocidade [ X ] [ Y ] 10 10 10 10 10 40 40 20 5 Qual a equação de velocidade desse processo? v = k [ X ] [ Y ] b x a 1 2 3 1 2 = 10 40 k k x x x 10 5 b a b a 10 10 x 2 3 = 40 40 k k x x x 10 10 b 2 b 2 20 10 4 = 2 a = 2 a 2 2 a = 2 1 = 2 b = 2 b 2 0 b = 0 v = k [ X ] [ Y ] 0 2 ou v = k [ X ] 2 Pág. 44 Ex. 08