Folha 21 aula cinetica

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Folha 21 aula cinetica

  1. 1. QUÍMICA PROF.: RIKARDO COIMBRA CINÉTICA QUÍMICA Curso MotivAÇÃO 2009 Curso Motivação – O melhor Pré-Vestibular do Mundo www.curso-motivacao.blogspot.com  A Cinética Química é parte da química que estuda a velocidade com que as reações acontecem.  Considere a seguinte reação de decomposição da água oxigenada: 1) VELOCIDADE MÉDIA ( Vm ) Na física você aprende a calcular velocidade média como sendo ΔS sobre ΔT . Na química é semelhante, só que ao invés de trabalharmos com a variação de espaço, vamos trabalhar com concetração. Portanto a velocidade média de consumo ou produção de uma substânica será calculada da seguinte maneira: Usamos o módulo ( | |),usado na matematica, para que o valor da velocidade não fique negativa quando queremos calcular a velocidade de consumo do reagente. 10 ) Vamos calcular a velocidade média de consumo da água oxigenada (H2O2) nos primeiros 10 minutos: No Tempo 0 min = [H2O2] = 0,8 Vm(H2O2) = | Δ[H2O2] | = | 0,5 - 0,8 | = | -0,3 | = 0,03 mol/L.min No Tempo 10min= [H2O2] = 0,5 ΔT 10 - 0 10 20 ) Vamos calcular a velocidade média de consumo da água oxigenada (H2O2) nos primeiros 20 minutos: No Tempo 0 min = [H2O2] = 0,8 Vm(H2O2) = | Δ[H2O2] | = | 0,3 -0,8 | = | -0,5 | = 0,025 mol/L.min No Tempo 20min= [H2O2] = 0,3 ΔT 20 - 0 20 30 ) Vamos calcular a velocidade média de produção de oxigênio (O2) nos primeiros entre o tempo 10 e 20 minutos: No Tempo 10 min = [O2] = 0,15 Vm(H2O2) = | Δ[H2O2] | = | 0,25 -0,15 | = | -0,1 | = 0,01 mol/L.min No Tempo 20min = [O2] = 0,25 ΔT 20 - 10 10 Pode-se pedir a velocidade de qualquer substância participante e em qualquer intervalo de tempo.Quando a substância é um reagente falamos em velocidade de consumo,e quando for um produto falamos em velocidade de produção.Mas o jeito de calcular é o mesmo. 2) VELOCIDADE MÉDIA DA REAÇÃO ( Vm(REAÇÃO) ) Cuidado com o que é pedido.... Velocidade média de consumo ou produção é uma coisa.... e VELOCIDADE MÉDIA DA REAÇÃO é outra coisa. Para calcular a velocidade média da reação devemos : Dividir a velocidade média de consumo ou produção pelo respectivo coeficiente da substância na reação... COMO ASSIM ????..... Para uma reação genérica: a A + bB  c C a VELOCIDADE MÉDIA DA REAÇÃO é calculada da seguinte maneira Vm(REAÇÃO) = Vm(A) = Vm(B) = Vm(C) a b c Repare que posso usar a velocidade média de qualquer uma das substâncias e dividir pelo seu RESPECTIVO COEFICIENTE. Desse modo , a velocidade média da reação da decomposição da água oxigenada seria: 2 H2O2  2 H2O + 1 O2 Vm(REAÇÃO) = Vm(H2O2) = Vm(H2O) = Vm(O2) 2 2 1 Vm = | Δ[ ] | = | [ final ] – [ inicial ] | ΔT tfinal - tinicial
  2. 2. QUÍMICA PROF.: RIKARDO COIMBRA CINÉTICA QUÍMICA Curso MotivAÇÃO 2009 Curso Motivação – O melhor Pré-Vestibular do Mundo www.curso-motivacao.blogspot.com 3) LEI DE VELOCIDADE Para assistir a essa aula de Química você veio de São Gonçalo para Niterói de ônibus e deve ter levado no mínimo umas 7 horas.... O motorista deve ter andado a uma velocidade média de 100Km/h para ter chegado rápido assim... Mas eu disse velocidade média,isso quer dizer que ele andou a todo instante a 100Km/h ? Lógico que não...Em alguns trechos ele andou mais rápido e em outros mais lento. Nas reações ocorre o mesmo.Calculamos uma velocidade média,mas a velocidade da reação vai variando com tempo... Então se quisermos descobrir a velocidade da reação em um determinado instante usaremos a expressão da lei de velocidade. A lei de velocidade é calculada multiplicando uma constante(k) pela concentração dos reagentes elevados a seus coeficientes. V = K . [REAGENTES]COEFICIENTE  É SÓ CHAMAR A VELOCIDADE!!! Para uma reação genérica: a A + b B  c C ................. A expressão da lei de velocidade seria : V = Velocidade da Reação V = k.[A]x . [B]y k = constante de velocidade ( a uma dada temperatura) (Chama para você) [A] e [B] = concentração em mol/L dos REAGENTES. X e Y = expoentes determinados EXPERIMENTALMENTE que NÃO NECESSARIAMENTE serão os próprios coeficientes na reação....(Cuidado com isso!!! ) OB1 X e Y serão exatamente os coeficientes da reação quando a reação for dita ELEMENTAR ( ocorre em apenas uma etapa) OB2 Reação ELEMENTAR x Reação NÃO – ELEMENTAR  Reação ELEMENTAR = é aquela que ocorre em uma ÚNICA etapa....É aquela reação e pronto!!!  Reação NÃO – ELEMENTAR = ocorre em MAIS DE UMA etapa. Exemplo: Seja a seguinte reação: 2 A + B A2B Para termos essa reação como resultante ocorreu um processo em duas etapas: etapa lenta  A + A A2 etapa rápida  A2 + B A2B _________________________ Etapa Global 2 A + B A2B A Lei de Velocidade de uma reação não – elementar é escrita usando os reagentes e coeficientes da etapa lenta.Assim a lei de velocidade para essa reação ficaria...  v = k [ A ][ A ] ou v = k [ A ]2 *Repare que mesmo o B sendo um reagente ele não participa da lei de velocidade isso porque ele não está incluso na etapa lenta. *Caso a reação 2A + B  A2B fosse uma reação elementar a lei de velocidade seria : V = K . [A]2 .[B] Observação : ORDEM DA REAÇÃO É a soma dos coeficientes da expressão da Lei de Velocidade.Por exemplo se a lei de velocidade for V = K . [A]2 .[B] .A ordem da reação é a soma do expoente 2 do reagente A mais o expoente 1 do reagente B.Logo a ordem da reação é 2+1 = 3. (ordem 3). Vamos ver se você entendeu: Durante a realização de um experimento de decomposição da amônia (NH3), um estudante montou uma tabela que apresenta o número de mol dos participantes em função do tempo: Utilizando as informações, resolva: a) Determine a velocidade média de consumo da amônia (NH3) e de formação do N2 e do H2 em 20 min. b) Determine a velocidade média da reação. (Puccamp-SP) A combustão do butano corresponde à equação: C4H10 + 6,5 O2  4 CO2 + 5 H2O Se a velocidade da reação for 0,05 mol butano/minuto, qual a massa de CO2 produzida em meia hora? (C = 12, H = 1, O = 16) Resposta : V(reação) = V(butano) = V(co2) 1 4 0,05 = V(CO2)  V(CO2) = 0,2 mol/min 4 0,2mol ---- 1min 1mol CO2 ----- 44g X ---- 30min  6molCO2 ----- y X= 6 mol CO2 y = 264 g
  3. 3. QUÍMICA PROF.: RIKARDO COIMBRA CINÉTICA QUÍMICA Curso MotivAÇÃO 2009 Curso Motivação – O melhor Pré-Vestibular do Mundo www.curso-motivacao.blogspot.com 4) FATORES QUE INFLUENCIAM A VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO Para você que chegou até aqui mas não conseguiu compreender muita coisa...Preste mais antenção agora então ,porque essa é a parte mais importante e que mais cai em prova e felizmente é a parte mais fácil de entender... Os Fatores que vão influenciar na velocidade da reação são : 1. Concentração dos Reagentes 2. Temperatura 3. Superfície de Contato 4. Pressão 5. Catalisador “Essa parte cai mais que saci com cãibra” Vamos falar de cada uma separadamente: I) CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES: AUMENTANDO A CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES  A VELOCIDADE DA REAÇÃO AUMENTA Porque isso ocorre?... A explicação é a seguinte: Uma reação química ocorre quando um atómo ou molécula se choca em outro(a). Desse modo se aumentarmos a quantidade de átomos ou moléculas ( que são os reagentes) a propabilidade de se chocarem entre si aumentará e com isso a chance de ocorrer a reação aumenta e consequentemente a velocidade. II) TEMPERATURA AUMENTANDO A TEMPERATURA  A VELOCIDADE DA REAÇÃO AUMENTA A explicação é semelhante: o aumento da temperatura faz com que as moléculas se movimentem mais rápido,e como estão se movimentando mais rápidas a chance de uma molécula se chocar com outra aumenta,consequentemente aumenta a velocidade. * Porque guardamos os alimentos na geladeira?.... A baixa temperatura da geladeira faz com que as reações químicas de decomposição dos alimentos se processem mais lentamente e com isso os alimentos se conservam por mais tempo caso se tivessem fora da geladeira. * Febre é bom ou ruim? ... É bom!!!A febre é uma resposta do organismo a algum patógeno (ex. bactéria).A temperatura do corpo se eleva para que as células de defesa atuem em maior velocidade para destruir o patógeno.Por isso se a febre for baixa e suportável vale a pena ficar um pouco com ela.Mas é claro se tiver incomodando deve-se diminuí-la,pois sabemos que quando a temperatura é alta demais as enzimas sofrem desnaturação e perdem a função. Vamos ver se você entendeu: 1.Considere as reações elementares: a) 2 HCl(g)  H2(g) + Cl2(g) b) H2(g) + I2(g)  2 HI(g) c) 2 CO(g) + O2(g)  2 CO2(g) d) 2 NH3(g)  N2(g) + 3 H2(g) e) N2(g) + 3 H2(g)  2 NH3(g) Escreva as equações de velocidade dessas reações. 2. (UFRJ) A hidrazina (N2H4) é utilizada, junto com alguns dos seus derivados, como combustível sólido nos ônibus espaciais. Sua formação ocorre em várias etapas: a) NH3(aq) + OCl – (aq)  NH2Cl(aq) + OH – (aq) (rápida) b) NH2Cl(aq) + NH3(aq) N2H5 + (aq) + Cl– (aq) (lenta) c) N2H5 + (aq) + OH– (aq)  N2H4(aq) + H2O(l)(rápida) Escreva a expressão de Lei de velocidade para a reação de formação da hidrazina. RESPOSTAS: 1)Todas reações são elementares logo os expoentes serão os próprios coeficientes da reação a) V = k .[HCl]2 b) V = k .[H2].[I2] c) V = k .[CO]2 .[O2] d) V = k .[NH3]2 e) V = k .[N2]2 .[H2]3 2) A lei de velocidade de uma reação não-elementar é escrita usando a ETAPA LENTA. Portando a lei de velocidade será: V = k .[NH2Cl].[NH3]
  4. 4. QUÍMICA PROF.: RIKARDO COIMBRA CINÉTICA QUÍMICA Curso MotivAÇÃO 2009 Curso Motivação – O melhor Pré-Vestibular do Mundo www.curso-motivacao.blogspot.com III) PRESSÃO AUMENTANDO A PRESSÃO  A VELOCIDADE DA REAÇÃO AUMENTA (para reagentes gasosos) Isso só vale se tiver reagente gasoso...O aumento da pressão nesse caso ocorre devido a diminuição do volume do recipiente em que estão contidos os reagentes.Quando o volume do recipiente diminui, o espaço que as moléculas tinham pra se movimentar também diminui, e com isso a chance das moléculas se chocarem entre si aumenta , e consequentemente a velocidade da reação aumenta. *Para entender melhor faça a seguinte analogia: Imagine você de olhos vendados com o seu(ua) namorado(a) nas seguintes situações 1- Dentro de uma salão escuro do tamanho de um campo de futebol. 2- Dentro de um quartinho de motel. Agora vocês começam a se movimentar aletoriamente.Eu vos lhes pergunto: Onde há a maior probabilidade de vocês dois se chocarem entre si,e desse modo ocorrer uma reação (se é que você me intende)??? Logicamente dentro do motel, pois o espaço é menor... IV) SUPERFÍCIE DE CONTATO AUMENTANDO A SUPERFÍCIE DE CONTATO  A VELOCIDADE DA REAÇÃO AUMENTA Quando um reagente está no estado sólido a reação ocorrerá na sua superfície.Assim quanto mais fragmentado for esse reagente,maior será o número de choques, e maior será a velocidade da reação.Entenda melhor o que é essa tal de superfície de contato... *Vamos comparar um prego com uma palha de aço(bombril – Metonímia-).Sabemos que ambos os dois são feito de ferro... Após molhar os dois, Eu vos lhe pergunto: Qual dos dois irá “molhar” mais???........... O bombril molha mais.Isso porque a água consegue entrar em contato com uma superfície maior,ou seja,ela consegue penetrar mais no interior da palha de aço.Já no caso do prego, a água só é capaz de molhar a parte externa do prego, já o interior dele a água não penetra.Desse modo, o bombril terá uma superfície de contato maior do que o prego,uma vez que o bombril sendo mais fragmentado possibilita a água penetrar mais.. *Outro exemplo: O que cozinha mais rápido: Uma batata inteira ou ela toda picadinha??? A batata picadinha (hum).Isso porque ao fragmentar a batata você estará aumentando a superfície de contato dela com a água quente. Graficamente comparando uma reação entre um substância em pó e um pedaço da mesma substância. Essa questão é classica!!!Vai aparecer um grafico igual ou parecido com este e vão lhe perguntar qual é a curva equivalente ao pó e a curva equivalente ao pedaço. Observe que a velocidade do pó aumenta mais rapidamente do que a velocidade do pedaço. V) CATALISADOR O CATALISADOR AUMENTA A VELOCIDADE DA REAÇÃO Catalisadores são substâncias que aumentam a velocidade da reação sem serem consumidos.As enzimas são nossos catalisadores biológicos. Mas como um catalisador aumenta a velocidade da reação???... O catalisador diminui a energia de ativação necessária para uma reação acontecer.Desse modo a reação se processa de maneira mais rápida. Os gráficos clássicos são: "A corrida não é sempre para o mais rápido ... mas para aquele que continua correndo." 1.Um catalisador acelera a reação,mas não aumenta seu rendimento, isto é, ele produz a mesma quantidade de produto,mas num período de tempo menor. 2. O catalisador não altera o ΔH da reação. 3. Um catalisador acelera tanto a reação direta quanto a inversa,pois diminui a energia de ativação de ambas. 4. Comparando duas reações: A que tiver menor energia de ativação será a mais rápida.

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