CINTICA QUMICA Estudo da velocidade das reaes qumicas

CINÉTICA QUÍMICA Estudo da velocidade das reações químicas e dos fatores que nela influem.

CINÉTICA QUÍMICA CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES CINÉTICAS I - Quanto à velocidade Rápidas: neutralizações em meio aquoso, combustões, . . . Lentas: fermentações, formação de ferrugem, . . .

CINÉTICA QUÍMICA CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES CINÉTICAS II - Quanto ao mecanismo Elementares : ocorrem numa só etapa. H 2 + I 2 2 HI Complexas : ocorrem em duas ou mais etapas. 2 NO(g) + O 2(g) 2 NO 2(g) 1 a etapa (rápida) : 2 NO(g) N 2 O 2(g) 2 a etapa (lenta) : N 2 O 2(g) + O 2(g) 2 NO 2(g) reação global : 2 NO(g) + O 2(g) 2 NO 2(g)

CINÉTICA QUÍMICA VELOCIDADE DAS REAÇÕES I - Velocidade média (vm) Representa a variação na quantidade de um reagente ou produto num intervalo de tempo. m = massa, n = no mols, V = volume, C = concentração molar

CINÉTICA QUÍMICA Representação gráfica O gráfico acima mostra como variam as concentrações de reagente (N 2 O 5) e produtos (NO 2 e O 2) , com o passar do tempo.

CINÉTICA QUÍMICA VELOCIDADE DAS REAÇÕES II - Velocidade instantânea (vi ou v) Representa a variação na quantidade de um reagente ou produto num instante (menor intervalo de tempo que se possa imaginar).

CINÉTICA QUÍMICA A velocidade instantânea de uma reação é obtida através de uma expressão matemática conhecida como Cato Gulberg LEI DA AÇÃO DAS MASSAS ou LEI CINÉTICA, proposta por Gulberg e Waage, em 1876. Peter Waage

CINÉTICA QUÍMICA Para uma reação genérica homogênea a. A(g) + b. B(g) x. X(g) + y. Y(g) a velocidade instantânea é calculada pela expressão v = k [A] [B] onde k = constante de velocidade [A] e [B] = concentrações molares e = ordens ou graus Prof. Mateus Andrade

CINÉTICA QUÍMICA Nas reações elementares as ordens são iguais aos próprios coeficientes ( = a e = b); Nas reações complexas as ordens são iguais aos coeficientes da etapa mais lenta da reação, conhecida através do mecanismo da mesma. Prof. Mateus Andrade

CINÉTICA QUÍMICA Exemplo I - Reação elementar H 2 + I 2 2 HI Lei de velocidade (instantânea) v = k [H 2]1[I 2]1 Prof. Mateus Andrade

CINÉTICA QUÍMICA Exemplo II- Reação complexa 2 NO + O 2 2 NO 2 * Mecanismo 2 NO N 2 O 2 (etapa lenta) N 2 O 2 + O 2 2 NO 2 (etapa rápida) 2 NO + O 2 2 NO 2 (reação global) Lei de velocidade (instantânea) v = k [NO]2

CINÉTICA QUÍMICA PORQUE OCORREM AS REAÇÕES QUÍMICAS ? I - Colisões intermoleculares a) Não-eficazes ou não efetivas (não formam-se produtos) * sem energia de colisão suficiente ou geometria de colisão inadequada. b) Eficazes ou efetivas (formam-se os produtos) * com energia de colisão suficiente e geometria de colisão adequada.

CINÉTICA QUÍMICA Exemplo de colisão eficaz (geometria favorável) Reação: HBr + O 2 HBr. O 2

CINÉTICA QUÍMICA Colisões em geometria desfavorável

CINÉTICA QUÍMICA PORQUE OCORREM AS REAÇÕES QUÍMICAS ? II - Energia mínima para reagir (Energia de Ativação - Ea) Além de colisões com orientação espacial adequada, as moléculas devem apresentar uma energia cinética mínima que propicie a ruptura das ligações entre os reagentes e formação de novas ligações, nos produtos. Quanto maior a Ea, mais lenta a reação !

CINÉTICA QUÍMICA Representações gráficas

CINÉTICA QUÍMICA Fatores que influem na velocidade das reações a ) Área de contato entre os reagentes; b ) Concentração dos reagentes; c) Temperatura e Energia de Ativação; d) Radiações e descargas elétricas; e) Ação de catalisadores.

CINÉTICA QUÍMICA a) Área de contato entre os reagentes Esse fator tem sentido quando um dos reagentes for sólido. Exemplo: Fe(prego) + H 2 SO 4(aq) Fe. SO 4(aq) + H 2(g) (v 1) Fe(limalha) + H 2 SO 4(aq) Fe. SO 4(aq) + H 2(g) (v 2) * na segunda reação a área de contato é maior ! Portanto : v 2 > v 1

CINÉTICA QUÍMICA b) Concentração dos reagentes A velocidade é proporcional à concentração dos reagentes. Esse fator é expresso pela LEI DA AÇÃO DAS MASSAS ou LEI CINÉTICA (Gulberg e Waage) v = k [A] [B] k = constante cinética [A] e [B] = concentrações molares e = ordens cinéticas (dadas no problema)

CINÉTICA QUÍMICA c) Temperatura e Energia de Ativação As variações de temperatura modificam o valor da constante de velocidade (k). Um aumento na T, aumenta a freqüência das colisões intermoleculares e aumenta a energia cinética das moléculas fazendo com que um maior número alcance a energia mínima para reagir (Eativação). Um aumento na energia cinética (agitação molecular) favorece a ruptura das ligações.

CINÉTICA QUÍMICA d) Ação de catalisadores Catalisadores são substâncias que, quando presentes, aumentam a velocidade das reações químicas, sem serem consumidos. Ao final encontram-se qualitativa e quantitativamente inalterados. Os catalisadores encontram “caminhos alternativos” para a reação, envolvendo menor energia (diminuem a Energia de Ativação), tornando-a mais rápida.

CINÉTICA QUÍMICA Exemplo SO 2(g) + ½ O 2(g) SO 3(g) Ea = 240 k. J/mol sem catalisador Utilizando NO 2(g) como catalisador a Ea se reduz para 110 k. J/mol, tornando a reação extremamente mais rápida ! Mecanismo da reação SO 2 + NO 2 SO 3 + NO NO + ½ O 2 NO 2 E 1 (consumo do catalisador) E 2 (regeneração do catalisador) Reação global: SO 2 + ½ O 2 SO 3 E = 110 KJ/mol

CINÉTICA QUÍMICA Características dos catalisadores a) Somente aumentam a velocidade; b) Não são consumidos; c) Não iniciam reações, mas interferem nas que já ocorrem sem a sua presença; d) Podem ser utilizados em pequenas quantias, visto que não são consumidos; e) Seus efeitos podem ser diminuídos pela presença de “venenos de catálise”.

CINÉTICA QUÍMICA Como funciona o catalisador automotivo ?