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CINÉTICA
QUÍMICA
Cinética Química
Parte da Química que estuda a velocidade das reações e os
fatores que a influenciam.


    Rápidas        Reações Químicas        Lentas




                       Moderadas
Cinética Química
  Reação Rápida




                       faísca
6 NaN3(l) + Fe2O3(s)            3 Na2O(s) + 2 Fe(s) + 9 N2(g)
Cinética Química
Reação Moderada

                                  Decomposição dos
                                      Alimentos



Reação Lenta


                                       Formação do
                                         Petróleo
Cinética Química

A           B

    [   ]




                                   t
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
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
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
Cinética Química

    C2H2 + 2 H2 => C2H6

Tempo (min)        Quantidade de
                   etano formada
     0                     0
     4                    12
     6                    15
    10                    20
Cinética Química

C2H2 + 2 H2 => C2H6
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
Cinética Química

Teoria da Colisão

                      Colisão
                    Desfavorável




                      Colisão
                    Desfavorável
Cinética Química

            Teoria da Colisão




             O-------N
 O2 N2
                                 2 NO
             O      N
Reagentes                       Produtos
             Complexo
              Ativado
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.
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
TEORIA DAS COLISÕES:



                                     HI + HI
                   c   az
               efi

              Nã
                oe
                     fic
                           az
 I2 + H2

                                I2      H2
Cinética Química




          Quanto menor for a
          energia     de     ativação
          exigida, maior a velocidade
          da reação.
Cinética Química

Fatores que Influenciam a Velocidade de uma
                   Reação
 Superfície de Contato
Cinética Química

Fatores que Influenciam a Velocidade de uma
                   Reação
 Superfície de Contato
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
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
Cinética Química

Fatores que Influenciam a Velocidade de uma
                   Reação
 Presença de Catalisador

                     Sem catalisador

                      Com catalisador
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.
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”
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
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
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-]
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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

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Cinética Química: Fatores que Influenciam a Velocidade de Reações

  • 2. Cinética Química Parte da Química que estuda a velocidade das reações e os fatores que a influenciam. Rápidas Reações Químicas Lentas Moderadas
  • 3. Cinética Química Reação Rápida faísca 6 NaN3(l) + Fe2O3(s) 3 Na2O(s) + 2 Fe(s) + 9 N2(g)
  • 4. Cinética Química Reação Moderada Decomposição dos Alimentos Reação Lenta Formação do Petróleo
  • 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
  • 12. Cinética Química Teoria da Colisão Colisão Desfavorável Colisão Desfavorável
  • 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
  • 16. TEORIA DAS COLISÕES: HI + HI c az efi Nã oe fic az I2 + H2 I2 H2
  • 17. Cinética Química Quanto menor for a energia de ativação exigida, maior a velocidade da reação.
  • 18. Cinética Química Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação  Superfície de Contato
  • 19. Cinética Química Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação  Superfície de Contato
  • 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