Post on 22-Apr-2015
CINÉTICA QUÍMICA
CAPÍTULO – 14
ALUNOS :: CAIO MARQUES DE SOUZA - 14287CAIO MARQUES DE SOUZA - 14287 FELIPE HENRIQUE SANTOS - 14296FELIPE HENRIQUE SANTOS - 14296
APRESENTAÇÃOAPRESENTAÇÃO► INTRODUÇÃO;INTRODUÇÃO;► FATORES QUE AFETAM AS VELOCIDADES DE FATORES QUE AFETAM AS VELOCIDADES DE
REAÇÕES;REAÇÕES;► VELOCIDADES DE REAÇÕES;VELOCIDADES DE REAÇÕES;► CONCENTRAÇÃO E VELOCIDADE;CONCENTRAÇÃO E VELOCIDADE;► VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO COM O VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO COM O
TEMPO;TEMPO;► TEMPERATURA E VELOCIDADE;TEMPERATURA E VELOCIDADE;► MECANISMOS DE REAÇÃO;MECANISMOS DE REAÇÃO;► CATÁLISE;CATÁLISE;► REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
► CINÉTICA QUÍMICACINÉTICA QUÍMICA É A ÁREA DA QUÍMICA QUE É A ÁREA DA QUÍMICA QUE ESTÁ PREOCUPADA COM AS VELOCIDADES DAS ESTÁ PREOCUPADA COM AS VELOCIDADES DAS REAÇÕES.REAÇÕES.
► ELA SE RELACIONA, POR EXEMPLO, COM AELA SE RELACIONA, POR EXEMPLO, COM A RAPIDEZRAPIDEZ COM QUE UM MEDICAMENTO É CAPAZ COM QUE UM MEDICAMENTO É CAPAZ DE AGIR.DE AGIR.
► NOSSO MAIOR OBJETIVO AQUI É CONSIDERAR NOSSO MAIOR OBJETIVO AQUI É CONSIDERAR OS FATORES QUE OS FATORES QUE CONTROLAM ESSAS CONTROLAM ESSAS VELOCIDADESVELOCIDADES..
FATORES QUE AFETAM AS FATORES QUE AFETAM AS VELOCIDADES DE REAÇÕESVELOCIDADES DE REAÇÕES
► EXISTEM QUATRO FATORES RESPONSÁVEIS EXISTEM QUATRO FATORES RESPONSÁVEIS PARA QUE OCORRA A VARIAÇÃO DAS PARA QUE OCORRA A VARIAÇÃO DAS VELOCIDADES DE REAÇÕES:VELOCIDADES DE REAÇÕES:
1.1. O ESTADO FÍSICO DOS REAGENES;O ESTADO FÍSICO DOS REAGENES;
2.2. AS CONCENTRAÇÕES DOS REAGENTES;AS CONCENTRAÇÕES DOS REAGENTES;
3.3. A TEMPERATURA NA QUAL A REAÇÃO OCORRE;A TEMPERATURA NA QUAL A REAÇÃO OCORRE;
4.4. A PRESENÇA DE UM CATALISADOR.A PRESENÇA DE UM CATALISADOR.
VELOCIDADES DE REAÇÕESVELOCIDADES DE REAÇÕES
► VELOCIDADE MÉDIA:VELOCIDADE MÉDIA:
► REPRESENTA A VARIAÇÃO NA QUANTIDADE DE UM REPRESENTA A VARIAÇÃO NA QUANTIDADE DE UM REAGENTE OU PRODUTO NUM INTERVALO DE TEMPO.REAGENTE OU PRODUTO NUM INTERVALO DE TEMPO.
► DADA A REAÇÃO HIPOTÉTICA :DADA A REAÇÃO HIPOTÉTICA :
A BA B
VELOCIDADE MÉDIA EM RELAÇÃO A:VELOCIDADE MÉDIA EM RELAÇÃO A:B = Δ[B] / Δt e A= -Δ[A] / Δt
UNIDADE : mol / L . sUNIDADE : mol / L . s
► VELOCIDADE INSTANTANÊA:VELOCIDADE INSTANTANÊA:
► REPRESENTA A VARIAÇÃO NA QUANTIDADE DE UM REPRESENTA A VARIAÇÃO NA QUANTIDADE DE UM REAGENTE OU PRODUTO NUM INSTANTE (MENOR REAGENTE OU PRODUTO NUM INSTANTE (MENOR INTERVALO DE TEMPO QUE SE POSSA IMAGINAR).INTERVALO DE TEMPO QUE SE POSSA IMAGINAR).
► E É DETERMINADA PELA INCLINAÇÃO DA TANGENTE À E É DETERMINADA PELA INCLINAÇÃO DA TANGENTE À CURVA NO PONTO DE INTERESSE EM UM CURVA NO PONTO DE INTERESSE EM UM GRÁFICO DE [ ] GRÁFICO DE [ ] VERSUS TEMPOVERSUS TEMPO..
► VELOCIDADE DE REAÇÃO E ESTEQUIOMETRIA :VELOCIDADE DE REAÇÃO E ESTEQUIOMETRIA :
► O QUE ACONTECE QUANDO AS RELAÇÕES O QUE ACONTECE QUANDO AS RELAÇÕES ESTEQUIOMÉTRICAS NÃO SÃO UM PARA UM?ESTEQUIOMÉTRICAS NÃO SÃO UM PARA UM?
► EM GERAL, PARA A REAÇÃO:EM GERAL, PARA A REAÇÃO:
aA + bB cC + dDaA + bB cC + dD
► A VELOCIDADE É DADA POR:A VELOCIDADE É DADA POR:
VELOCIDADE VELOCIDADE ==--ΔΔ[A][A]——————a · a · ΔΔ t t
- - ΔΔ[B][B]——————b · b · ΔΔ t t
ΔΔ[C][C]——————c · c · ΔΔ t t
ΔΔ[D][D]——————d · d · ΔΔ t t
== == ==
CONCENTRAÇÃO E VELOCIDADECONCENTRAÇÃO E VELOCIDADE
► UM MODO DE ESTUDAR O EFEITO DA CONCENTRAÇÃO UM MODO DE ESTUDAR O EFEITO DA CONCENTRAÇÃO NA VELOCIDADE DE REAÇÃO É DETERMINAR A NA VELOCIDADE DE REAÇÃO É DETERMINAR A MANEIRA NA QUAL A VELOCIDADE NO COMEÇO DA MANEIRA NA QUAL A VELOCIDADE NO COMEÇO DA REAÇÃO (VELOCIDADE INICIAL) DEPENDE DAS REAÇÃO (VELOCIDADE INICIAL) DEPENDE DAS CONCENTRAÇÕES INICIAIS.CONCENTRAÇÕES INICIAIS.
► A EQUAÇÃO QUE MOSTRA COMO A VELOCIDADE A EQUAÇÃO QUE MOSTRA COMO A VELOCIDADE DEPENDE DAS CONCENTRAÇÕES DOS REAGENTES É DEPENDE DAS CONCENTRAÇÕES DOS REAGENTES É CHAMADA CHAMADA LEI DE VELOCIDADE.LEI DE VELOCIDADE.
LEI DA VELOCIDADE.
a A + b B
c C + d D
V = k [A] n . [B]m
Onde:
k = constante de velocidade a uma dada temperatura
n = ordem da reação em relação a A
m = ordem da reação em relação a BOBS: em reações elementares n = a e m = b
V = K [A]a . [B]b
•ANALISE-SE AGORA COMO SE DETERMINA A LEI DE ANALISE-SE AGORA COMO SE DETERMINA A LEI DE VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO A PARTIR DE DADOS VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO A PARTIR DE DADOS
EXPERIMENTAIS.EXPERIMENTAIS.
VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO COM O TEMPOCOM O TEMPO
► AS CONCENTRAÇÕES DOS REAGENTES OU PRODUTOS AS CONCENTRAÇÕES DOS REAGENTES OU PRODUTOS SÃO DETERMINADAS A QUALQUER MOMENTO DURANTE SÃO DETERMINADAS A QUALQUER MOMENTO DURANTE O CURSO DA REAÇÃO POR EQUAÇÕES.O CURSO DA REAÇÃO POR EQUAÇÕES.
► PARA REAÇÕES DE PRIMEIRA ORDEM: PARA REAÇÕES DE PRIMEIRA ORDEM:
AA PRODUTOS PRODUTOS
VELOCIDADE =VELOCIDADE = k [A]k [A]
--ΔΔ[A][A]—————— ΔΔ t t
==
► INTEGRANDO: ...INTEGRANDO: ...
ESSA RELAÇÃO PODE SER TRANSFORMADA EM ESSA RELAÇÃO PODE SER TRANSFORMADA EM UMA EQUAÇÃO QUE RELACIONA A UMA EQUAÇÃO QUE RELACIONA A CONCENTRAÇÃO DE A NO INÍCIO DA REAÇÃO, CONCENTRAÇÃO DE A NO INÍCIO DA REAÇÃO, [A][A]0, 0, À SUA CONCETRAÇÃO A QUALQUER À SUA CONCETRAÇÃO A QUALQUER OUTRO MOMENTO t, [A]OUTRO MOMENTO t, [A]t:t:
ln [A]ln [A]tt – ln [A] – ln [A]00 = -kt ou ln [A] = -kt ou ln [A]tt = -kt = -kt
[A][A]00
TEMPERATURA E VELOCIDADETEMPERATURA E VELOCIDADE
ENERGIA DE ATIVAÇÃO:ENERGIA DE ATIVAÇÃO:► ENERGIA CINÉTICA ENERGIA CINÉTICA MÍNINAMÍNINA QUE PROPICIE A QUE PROPICIE A
RUPTURA DAS LIGAÇÕES ENTRE OS RUPTURA DAS LIGAÇÕES ENTRE OS REAGENTES E FORMAÇÃO DE NOVAS REAGENTES E FORMAÇÃO DE NOVAS LIGAÇÕES NOS PRODUTOS. QUANTO MAIOR A LIGAÇÕES NOS PRODUTOS. QUANTO MAIOR A Ea, MAIS LENTA É A REAÇÃO!Ea, MAIS LENTA É A REAÇÃO!
COMPLEXO ATIVADO:COMPLEXO ATIVADO:► ESTRUTURA INTERMEDIÁRIA ENTRE OS ESTRUTURA INTERMEDIÁRIA ENTRE OS
REAGENTES E OS PRODUTOS, COM LIGAÇÕES REAGENTES E OS PRODUTOS, COM LIGAÇÕES INTERMEDÁRIAS ENTRE AS DOS REAGENTES E INTERMEDÁRIAS ENTRE AS DOS REAGENTES E AS DOS PRODUTOS.AS DOS PRODUTOS.
ENERGIA DE ATIVAÇÃO:
TEORIA DAS COLISÕESTEORIA DAS COLISÕES::
► PELA PELA TEORIA DAS COLISÕESTEORIA DAS COLISÕES, PARA HAVER , PARA HAVER REAÇÃO É NECESSARIO QUE:REAÇÃO É NECESSARIO QUE:
1.1. AS MOLÉCULAS DOS REAGENTES COLIDAM AS MOLÉCULAS DOS REAGENTES COLIDAM ENTRE SI;ENTRE SI;
2.2. A COLISÃO OCORRA COM GEOMETRIA A COLISÃO OCORRA COM GEOMETRIA FAVORÁVEL À FORMAÇÃO DO COMPLEXO FAVORÁVEL À FORMAÇÃO DO COMPLEXO ATIVADO; ATIVADO;
3.3. A ENERGIA DAS MOLÉCULAS QUE COLIDEM A ENERGIA DAS MOLÉCULAS QUE COLIDEM ENTRE SI SEJA IGUAL OU SUPERIOR À ENTRE SI SEJA IGUAL OU SUPERIOR À ENERGIA DE ATIVAÇÃO. ENERGIA DE ATIVAÇÃO.
eficaz
Não eficazI2 H2
HI
HI
I2 H2
TEORIA DAS COLISÕES:
► REGRA DE VAN’T HOFF:REGRA DE VAN’T HOFF:
► UMA VARIAÇÃO DE 10UMA VARIAÇÃO DE 10°C DUPLICA A °C DUPLICA A VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO.VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO.
► ESTA É UMA REGRA APROXIMADA E MUITO ESTA É UMA REGRA APROXIMADA E MUITO LIMITADA.LIMITADA.
► O AUMENTO DA CONCENTRAÇÃO DOS O AUMENTO DA CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES AUMENTA A VELOCIDADE DA REAGENTES AUMENTA A VELOCIDADE DA REAÇÃO.REAÇÃO.
MECANISMOS DE REAÇÃOMECANISMOS DE REAÇÃO
► PROCESSO PELO QUAL OCORRE UMA REAÇÃO.PROCESSO PELO QUAL OCORRE UMA REAÇÃO.
► ETAPAS ELEMENTARES:ETAPAS ELEMENTARES:
AMBOS PROCESSOS OCORREM EM UMA ÚNICA ETAPA.AMBOS PROCESSOS OCORREM EM UMA ÚNICA ETAPA.
EX.: EX.: NO(g) + ONO(g) + O33(g) NO(g) NO22(g) + O(g) + O22(g)(g)
► MOLECULARIDADE DA ETAPA:MOLECULARIDADE DA ETAPA:
NÚMERO DE MOLÉCULAS QUE PARTICIPAM COMO NÚMERO DE MOLÉCULAS QUE PARTICIPAM COMO REAGENTES EM UMA ETAPA ELEMENTAR.REAGENTES EM UMA ETAPA ELEMENTAR.
EX.: BIMOLECULAREX.: BIMOLECULAR
► MECANISMOS DE VÁRIAS ETAPAS:MECANISMOS DE VÁRIAS ETAPAS:
CONSISTE DE UMA SEQÜÊNCIA DE ETAPAS ELEMENTARES.CONSISTE DE UMA SEQÜÊNCIA DE ETAPAS ELEMENTARES.
PARA A REAÇÃO PARA A REAÇÃO NONO22(g) + CO(g) NO(g) + CO(g) + CO(g) NO(g) + CO22(g)(g)
EX.: EX.: NONO22(g) + NO(g) + NO22(g) NO(g) NO33(g) + NO(g)(g) + NO(g)
NONO33(g) + CO(g) NO(g) + CO(g) NO22(g) + CO(g) + CO22(g)(g)
NONO22(g) + CO(g) NO(g) + CO(g) + CO(g) NO(g) + CO22(g)(g)
► OBSERVAÇÃO: OBSERVAÇÃO:
NONO33(g) = INTERMEDIÁRIO(g) = INTERMEDIÁRIO
++
► LEIS DE VELOCIDADE PARA ETAPAS LEIS DE VELOCIDADE PARA ETAPAS ELEMENTARES:ELEMENTARES:
SE A SUA LEI DE VELOCIDADE FORSE A SUA LEI DE VELOCIDADE FORELEMENTAR, ELEMENTAR, A SUA LEI DE VELOCIDADE SERÁ A SUA LEI DE VELOCIDADE SERÁ SABIDA.SABIDA.
► PROCESSO UNIMOLECULAR:PROCESSO UNIMOLECULAR:
A PRODUTOSA PRODUTOS
VELOCIDADE = k[A] (1ª ORDEM)VELOCIDADE = k[A] (1ª ORDEM)
► PROCESSO BIMOLECULAR:PROCESSO BIMOLECULAR:
A + B PRODUTOSA + B PRODUTOS
VELOCIDADE = k[A][B] (2ª ORDEM)VELOCIDADE = k[A][B] (2ª ORDEM)
► LEIS DE VELOCIDADE PARA MECANISMOS DE VÁRIAS ETAPAS:LEIS DE VELOCIDADE PARA MECANISMOS DE VÁRIAS ETAPAS:
ETAPA LENTA = ETAPA LENTA = ETAPA DETERMINANTE DA VELOCIDADEETAPA DETERMINANTE DA VELOCIDADE..
► ETAPA 1: ETAPA 1: NONO22(g) + NO(g) + NO22(g) NO(g) NO33(g) + NO(g) (LENTA)(g) + NO(g) (LENTA)
ETAPA 2:ETAPA 2: NO NO33(g) + CO(g) NO(g) + CO(g) NO22(g) + CO(g) + CO22(g) (RÁPIDA)(g) (RÁPIDA)
TOTAL:TOTAL: NO NO22(g) + CO(g) NO(g) + CO(g) NO22(g) + CO(g) + CO22(g)(g)
► VELOCIDADE = k[NOVELOCIDADE = k[NO22]²]²
► OBSERVAÇÃO:OBSERVAÇÃO:
EM QUALQUER SITUAÇÃO, A EM QUALQUER SITUAÇÃO, A ETAPA DETERMINANTE DAETAPA DETERMINANTE DA VELOCIDADEVELOCIDADE GOVERNA A LEI DE VELOCIDADE PARA A GOVERNA A LEI DE VELOCIDADE PARA A REAÇÃO COMO UM TODO.REAÇÃO COMO UM TODO.
► SUPERFÍCIE DE CONTATO:SUPERFÍCIE DE CONTATO:
► QUANTO MAIOR FOR O GRAU DE DISPERSÃO DE QUANTO MAIOR FOR O GRAU DE DISPERSÃO DE UM SÓLIDO, MAIOR SERÁ A SUA SUPERFÍCIE E UM SÓLIDO, MAIOR SERÁ A SUA SUPERFÍCIE E MAIOR SERÁ A VELOCIDADE DA REAÇÃO NA QUAL MAIOR SERÁ A VELOCIDADE DA REAÇÃO NA QUAL É REAGENTE.É REAGENTE.
► Fe(prego) + HFe(prego) + H22SOSO44(aq) FeSO(aq) FeSO44(aq) + H(aq) + H22(g) (v1)(g) (v1)
► Fe(limalha) + HFe(limalha) + H22SOSO44(aq) FeSO(aq) FeSO44(aq) + H(aq) + H22(g) (g) (v2)(v2)
► Na segunda reação, a área de contato é maior!Na segunda reação, a área de contato é maior!► Portanto: v2 > v1Portanto: v2 > v1
CATÁLISECATÁLISE
► OS CATALISADORES ENCONTRAM “CAMINHOS OS CATALISADORES ENCONTRAM “CAMINHOS ALTERNATIVOS” PARA A REAÇÃO, ENVOLVENDO ALTERNATIVOS” PARA A REAÇÃO, ENVOLVENDO MENOR ENERGIA (DIMINUEM A ENERGIA DE ATIVAÇÃO), MENOR ENERGIA (DIMINUEM A ENERGIA DE ATIVAÇÃO), TORNANDO-A MAIS RÁPIDA.TORNANDO-A MAIS RÁPIDA.
► CATÁLISE HOMOGÊNEACATÁLISE HOMOGÊNEA - Catalisador e - Catalisador e reagentes constituem uma só fase. reagentes constituem uma só fase.
► CATÁLISE HETEROGÊNEACATÁLISE HETEROGÊNEA - Catalisador e - Catalisador e reagentes constituem duas ou mais fases reagentes constituem duas ou mais fases
(sistema polifásico ou mistura heterogênea).(sistema polifásico ou mistura heterogênea).
► CARACTERÍSTICAS DOS CATALISADORES:CARACTERÍSTICAS DOS CATALISADORES:
► a) SOMENTE AUMENTAM A VELOCIDADE;a) SOMENTE AUMENTAM A VELOCIDADE;
► b) NÃO SÃO CONSUMIDOS;b) NÃO SÃO CONSUMIDOS;
► c) NÃO INICIAM REAÇÕES, MAS INTERFEREM NAS QUE c) NÃO INICIAM REAÇÕES, MAS INTERFEREM NAS QUE JÁ OCORREM SEM SUA PRESENÇA;JÁ OCORREM SEM SUA PRESENÇA;
► d) PODEM SER UTILIZADOS EM PEQUENAS d) PODEM SER UTILIZADOS EM PEQUENAS QUANTIDADES, VISTO QUE NÃO SÃO CONSUMIDOS;QUANTIDADES, VISTO QUE NÃO SÃO CONSUMIDOS;
► e) SEUS EFEITOS PODEM SER DIMINUÍDOS PELA e) SEUS EFEITOS PODEM SER DIMINUÍDOS PELA PRESENÇA DE “VENENOS DE CATALISADORES”. PRESENÇA DE “VENENOS DE CATALISADORES”.
CATALISADOR:
► EXEMPLO:EXEMPLO:
► SOSO22(g) + ½ O(g) + ½ O22(g) SO(g) SO33(g) Ea = 240 kJ/mol (g) Ea = 240 kJ/mol
► SEM CATALISADORSEM CATALISADOR
► UTILIZANDO NOUTILIZANDO NO22(g) COMO CATALISADOR, A Ea SE (g) COMO CATALISADOR, A Ea SE REDUZ PARA 110 kJ/mol, TORNANDO A REAÇÃO REDUZ PARA 110 kJ/mol, TORNANDO A REAÇÃO EXTREMAMENTE MAIS RÁPIDA!EXTREMAMENTE MAIS RÁPIDA!
► MECANISMO DE REAÇÃOMECANISMO DE REAÇÃO► SOSO22 + NO + NO22 SO SO33 + NO E1 (consumo catalisador) + NO E1 (consumo catalisador)► NO + ½ ONO + ½ O22 NO NO22 E2 (regeneração E2 (regeneração
catalisador) catalisador)
► REAÇÃO GLOBAL: REAÇÃO GLOBAL: SOSO22 + ½ O + ½ O22 SO SO33 E = 110 E = 110 kJ/molkJ/mol
ENZIMA:ENZIMA:
► ENZIMA É UMA PROTEÍNA QUE ATUA COMO ENZIMA É UMA PROTEÍNA QUE ATUA COMO CATALISADOR EM REAÇÕES BIOLÓGICAS. CATALISADOR EM REAÇÕES BIOLÓGICAS. CARACTERIZA-SE PELA SUA AÇÃO ESPECÍFICA E PELA CARACTERIZA-SE PELA SUA AÇÃO ESPECÍFICA E PELA SUA GRANDE ATIVIDADE CATALÍTICA. APRESENTA UMA SUA GRANDE ATIVIDADE CATALÍTICA. APRESENTA UMA TEMPERATURA ÓTIMA, GERALMENTE AO REDOR DE TEMPERATURA ÓTIMA, GERALMENTE AO REDOR DE 3737°C, NA QUAL TEM O MÁXIMO DE ATIVIDADE °C, NA QUAL TEM O MÁXIMO DE ATIVIDADE CATALÍTICA.CATALÍTICA.
► OBS.:OBS.:► PROMOTOR DE REAÇÃO OU ATIVADOR DE PROMOTOR DE REAÇÃO OU ATIVADOR DE
CATALISADOR;CATALISADOR;► VENENO DE CATALISADOR OU INIBIDOR.VENENO DE CATALISADOR OU INIBIDOR.
AUTOCATÁLISE:AUTOCATÁLISE:
► AUTOCATÁLISE – QUANDO UM DOS PRODUTOS AUTOCATÁLISE – QUANDO UM DOS PRODUTOS DA REAÇÃO ATUA COMO CATALISADOR. NO DA REAÇÃO ATUA COMO CATALISADOR. NO INÍCIO, A REAÇÃO É LENTA E, À MEDIDA QUE O INÍCIO, A REAÇÃO É LENTA E, À MEDIDA QUE O CATALISADOR (PRODUTO) VAI SE FORMANDO, CATALISADOR (PRODUTO) VAI SE FORMANDO, SUA VELOCIDADE VAI AUMENTANDO.SUA VELOCIDADE VAI AUMENTANDO.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASREFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
► QUÍMICA : A CIÊNCIA CENTRAL (BROWN, LEMAY, QUÍMICA : A CIÊNCIA CENTRAL (BROWN, LEMAY, BURSTEN : PEARSON 2005 (9ªed.);BURSTEN : PEARSON 2005 (9ªed.);
► www.mundodoquimico.hpg.ig.com.br/www.mundodoquimico.hpg.ig.com.br/cineticacinetica__quimicaquimica.htm; .htm;
► www.universiabrasil.net.www.universiabrasil.net.