O documento discute os conceitos fundamentais de cinética química, incluindo fatores que influenciam a velocidade das reações como temperatura, concentração de reagentes e presença de catalisador. Também aborda a teoria das colisões, lei da ação das massas, ordem das reações e como determinar a ordem experimentalmente.
6. Cinética Química
Velocidade Média (Vm) de uma Reação em Função
das Substâncias
É a razão entre a quantidade consumida ou produzida da
substância e o intervalo de tempo (∆t) em que isso ocorrreu.
var iação da concentração de A
Vm =
∆t
Variação da Concentração de B
Vm =
∆t
7. Cinética Química
Velocidade Média (Vm) de uma Reação em Função
das Substâncias
∆[ ] [ Final] − [ Inicial]
Vm = =
∆t t final − t inicial
− ∆[ reagentes] ∆[ produtos ]
Vm = Vm =
∆t ∆t
8. Cinética Química
Velocidade Média (Vm) de uma Reação
Como calcular a velocidade de uma reação quando a
proporção entre o número de mols é diferente?
2 HI(g) H2(g) + I2(g)
A velocidade da variação de concentração do HI é
duas vezes maior que a velocidade da variação de
concentração do H2
9. Cinética Química
C2H2 + 2 H2 => C2H6
Tempo (min) Quantidade de
etano formada
0 0
4 12
6 15
10 20
11. Cinética Química
Condições para que ocorra uma Reação
Os reagentes devem estar em contato
Afinidade química entre os reagentes
Teoria da Colisão
As moléculas dos reagentes devem colidir entre si
A colisão deve ocorrer com geometria favorável
13. Cinética Química
Teoria da Colisão
O-------N
O2 N2
2 NO
O N
Reagentes Produtos
Complexo
Ativado
14. Cinética Química
Teoria da Colisão
Para que a colisão seja efetiva é necessário ainda
que os reagentes adquiram uma energia mínima
denominada energia de ativação.
Energia de Ativação é a quantidade mínima de
energia necessária para que a colisão entre as
partículas dos reagentes, feita numa orientação
favorável, seja efetiva.
15. Cinética Química
Complexo Ativado: estado intermediário formado
entre reagentes e produtos, em cuja estrutura existem
ligações enfraquecidas e formação de novas ligações
O-------N
O2 N2
2 NO
O N
Reagentes Produtos
Complexo
Ativado
20. Cinética Química
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma
Reação
Temperatura
Um aumento de temperatura aumenta a
velocidade das reações químicas, pois há um
incremento na energia cinética das moléculas
21. Cinética Química
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma
Reação
Presença de Catalisador
É uma substância que aumenta a velocidade da
reação, diminuindo a energia de ativação para os
reagentes atingirem o complexo ativado. No entanto
eles não participam da formação do produto, sendo
completamente regenerados no final
22. Cinética Química
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma
Reação
Presença de Catalisador
Sem catalisador
Com catalisador
23. Cinética Química
Fatores que Influenciam a Velocidade de uma
Reação
Concentração dos Reagentes
Quanto maior a concentração de partículas dos
reagentes, maior será o número de colisões efetivas
e consequentemente maior a velocidade da reação.
24. Cinética Química
Lei da Ação das Massas
(1833-1902), Cato Guldberg e Peter Waage
“A cada temperatura, a velocidade de uma reação é
diretamente proporcional ao produto das
concentrações dos reagentes, elevadas a
expoentes determinados experimentalmente”
25. Cinética Química
Lei da Ação das Massas
“A cada temperatura, a velocidade de uma reação é
diretamente proporcional ao produto das
concentrações dos reagentes, elevadas a
expoentes determinados experimentalmente”
aA + bB => cC + dD
V = k [A]α [B]β
K é uma constante da velocidade a uma dada temperatura
α e β são expoentes determinados experimentalmente
26. Cinética Química
Reação Elementar
Quando a reação química se desenvolve em uma única
etapa, dizemos que a reação é elementar.
Numa reação elementar, os expoentes a que devem ser
elevadas as concentrações dos reagentes na expressão
da velocidade são os próprios coeficientes dos
reagentes na equação balanceada
aA + bB => cC + dD
V = k [A]a [B]b
27. Cinética Química
Reação Elementar
Numa reação elementar, os expoentes a que devem ser
elevadas as concentrações dos reagentes na expressão
da velocidade são os próprios coeficientes dos
reagentes na equação balanceada
1 H3O+ + 1 OH- => 2 H2O
V = k [H3O+] [OH-]
28. Cinética Química
Reação Não-Elementar
Quando a reação se desenvolve em duas ou mais etapas
distintas, a velocidade da reação depende apenas da
velocidade da etapa lenta.
A etapa lenta é a etapa determinante da velocidade da
reação
29. Cinética Química
Reação Não-Elementar
A etapa lenta é a etapa determinante da velocidade da
reação
2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O
Etapa I 1 H2 + 2 NO => 1 N2O + 1 H2O (lenta)
Etapa II 1 H2 + 1 N2O => 1 N2 + 1 H2O (rápida)
Reação Global 2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O
30. Cinética Química
Reação Não-Elementar
2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O
Etapa I 1 H2 + 2 NO => 1 N2O + 1 H2O (lenta)
Etapa II 1 H2 + 1 N2O => 1 N2 + 1 H2O (rápida)
Reação Global 2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O
A velocidade da reação global será determinada pela
velocidade da etapa I
V = k [H2] [NO]2
31. Cinética Química
Reação Não-Elementar
2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O
Energia de ativação
1 H2 + 2 NO => 1 N2O + 1 H2O 1 H2 + 1 N2O => 1 N2 + 1 H2O
Etapa I Etapa II
Caminho da reação
32. Cinética Química
Ordem de uma reação
Chamamos de ordem de uma reação a soma de todos
Chamamos de ordem de uma reação a soma de todos
os expoentes que aparecem na expressão da
os expoentes que aparecem na expressão da
velocidade da reação
velocidade da reação
aA + bB + cC => dD + eE + fF
V = k [A]a [B]b [C]γ
Ordem da reação: α + β + γ
33. Cinética Química
Ordem de uma reação
Podemos expressar a ordem de uma reação em relação
a um determinado reagente:
Ordem da reação em relação a A = α
Ordem da reação em relação a B = β
Ordem da reação em relação a C = γ
A ordem da reação em relação a um reagente indica a
A ordem da reação em relação a um reagente indica a
dependência existente entre a concentração desse
dependência existente entre a concentração desse
reagente e a velocidade da reação global.
reagente e a velocidade da reação global.
34. Cinética Química
Ordem de uma reação
A ordem da reação em relação a um reagente indica a
A ordem da reação em relação a um reagente indica a
dependência existente entre a concentração desse
dependência existente entre a concentração desse
reagente e a velocidade da reação global.
reagente e a velocidade da reação global.
2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2O
V = k [H2] [NO]2
Ordem da reação: 1 +2 = 3 (3ª ordem)
Ordem da reação em relação ao H2: 1ª ordem, v = k [H2]
Ordem da reação em relação ao NO: 2ª ordem, v = k [NO]2
35. Cinética Química
Ordem de uma reação
Ordem da reação em relação ao H2: 1ª ordem, v = k [H2]
Se dobrarmos a concentração do H2 e mantivermos a
concentração do NO constante, a velocidade da reação
dobra.
V = k [H2] [NO]2
2 V = k [2 H2] [NO]2
36. Cinética Química
Ordem de uma reação
Ordem da reação em relação ao NO: 2ª ordem, v = k [NO]2
Se dobrarmos a concentração do NO e mantivermos a
concentração do H2 constante, a velocidade da reação
quadruplica.
V = k [H2] [NO]2
4 V = k [H2] [2 NO]2
37. Cinética Química
Ordem de uma reação
aA + bB + cC => dD + eE + fF
Experiência [A] [B] [C] Velocidade/mol
(L.min-1)
1ª 2 mol/L 3 mol/L 1 mol/L V1 = 0,5
2ª 4 mol/L 3 mol/L 1 mol/L V2 = 2,0
3ª 4 mol/L 6 mol/L 1 mol/L V3 = 2,0
4ª 4 mol/L 6 mol/L 2 mol/L V4 = 16,0
38. Cinética Química
Ordem de uma reação
Experiência [A] [B] [C] Velocidade/mol
(L.min-1)
1ª 2 mol/L 3 mol/L 1 mol/L V1 = 0,5
2ª 4 mol/L 3 mol/L 1 mol/L V2 = 2,0
3ª 4 mol/L 6 mol/L 1 mol/L V3 = 2,0
4ª 4 mol/L 6 mol/L 2 mol/L V4 = 16,0
Comparando 1ª e 2ª
v = k [A]2
4 v = k [2 A]2
39. Cinética Química
Ordem de uma reação
Experiência [A] [B] [C] Velocidade/mol
(L.min-1)
1ª 2 mol/L 3 mol/L 1 mol/L V1 = 0,5
2ª 4 mol/L 3 mol/L 1 mol/L V2 = 2,0
3ª 4 mol/L 6 mol/L 1 mol/L V3 = 2,0
4ª 4 mol/L 6 mol/L 2 mol/L V4 = 16,0
Comparando 2ª e 3ª
v = k [B]0
40. Cinética Química
Ordem de uma reação
Experiência [A] [B] [C] Velocidade/mol
(L.min-1)
1ª 2 mol/L 3 mol/L 1 mol/L V1 = 0,5
2ª 4 mol/L 3 mol/L 1 mol/L V2 = 2,0
3ª 4 mol/L 6 mol/L 1 mol/L V3 = 2,0
4ª 4 mol/L 6 mol/L 2 mol/L V4 = 16,0
Comparando 3ª e 4ª
v = k [C]3
8 v = k[2 C]3