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Cinética

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  • 1. CINÉTICAQUÍMICA
  • 2. Cinética QuímicaParte da Química que estuda a velocidade das reações e osfatores que a influenciam. Rápidas Reações Químicas Lentas Moderadas
  • 3. Cinética Química Reação Rápida faísca6 NaN3(l) + Fe2O3(s) 3 Na2O(s) + 2 Fe(s) + 9 N2(g)
  • 4. Cinética QuímicaReação Moderada Decomposição dos AlimentosReação Lenta Formação do Petróleo
  • 5. Cinética QuímicaA B [ ] t
  • 6. Cinética Química Velocidade Média (Vm) de uma Reação em Função das SubstânciasÉ a razão entre a quantidade consumida ou produzida dasubstância 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 ReaçãoComo calcular a velocidade de uma reação quando aproporção 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 => C2H6Tempo (min) Quantidade de etano formada 0 0 4 12 6 15 10 20
  • 10. Cinética QuímicaC2H2 + 2 H2 => C2H6
  • 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 QuímicaTeoria da Colisão Colisão Desfavorável Colisão Desfavorável
  • 13. Cinética Química Teoria da Colisão O-------N O2 N2 2 NO O NReagentes Produtos Complexo Ativado
  • 14. Cinética Química Teoria da Colisão Para que a colisão seja efetiva é necessário aindaque os reagentes adquiram uma energia mínimadenominada 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 QuímicaComplexo Ativado: estado intermediário formadoentre reagentes e produtos, em cuja estrutura existemligações 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 QuímicaFatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação Superfície de Contato
  • 19. Cinética QuímicaFatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação Superfície de Contato
  • 20. Cinética QuímicaFatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação TemperaturaUm aumento de temperatura aumenta avelocidade das reações químicas, pois há umincremento na energia cinética das moléculas
  • 21. Cinética Química Fatores que Influenciam a Velocidade de uma Reação  Presença de CatalisadorÉ uma substância que aumenta a velocidade dareação, diminuindo a energia de ativação para osreagentes atingirem o complexo ativado. No entantoeles não participam da formação do produto, sendocompletamente regenerados no final
  • 22. Cinética QuímicaFatores 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 ReagentesQuanto maior a concentração de partículas dosreagentes, maior será o número de colisões efetivase 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 édiretamente proporcional ao produto dasconcentrações dos reagentes, elevadas aexpoentes determinados experimentalmente”
  • 25. Cinética Química Lei da Ação das Massas“A cada temperatura, a velocidade de uma reação édiretamente proporcional ao produto dasconcentrações dos reagentes, elevadas aexpoentes 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 ElementarQuando a reação química se desenvolve em uma únicaetapa, dizemos que a reação é elementar.Numa reação elementar, os expoentes a que devem serelevadas as concentrações dos reagentes na expressãoda velocidade são os próprios coeficientes dosreagentes na equação balanceada aA + bB => cC + dD V = k [A]a [B]b
  • 27. Cinética Química Reação ElementarNuma reação elementar, os expoentes a que devem serelevadas as concentrações dos reagentes na expressãoda velocidade são os próprios coeficientes dosreagentes na equação balanceada 1 H3O+ + 1 OH- => 2 H2O V = k [H3O+] [OH-]
  • 28. Cinética Química Reação Não-ElementarQuando a reação se desenvolve em duas ou mais etapasdistintas, a velocidade da reação depende apenas davelocidade 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 H2OA velocidade da reação global será determinada pelavelocidade da etapa I V = k [H2] [NO]2
  • 31. Cinética Química Reação Não-Elementar 2 H2 + 2 NO => 1 N2 + 2 H2OEnergia 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 reaçãoChamamos de ordem de uma reação a soma de todosChamamos de ordem de uma reação a soma de todosos expoentes que aparecem na expressão daos expoentes que aparecem na expressão davelocidade da reaçãovelocidade 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 reaçãoPodemos expressar a ordem de uma reação em relaçãoa 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 = γA ordem da reação em relação a um reagente indica a A ordem da reação em relação a um reagente indica adependência existente entre a concentração desse dependência existente entre a concentração dessereagente e a velocidade da reação global. reagente e a velocidade da reação global.
  • 34. Cinética Química Ordem de uma reaçãoA ordem da reação em relação a um reagente indica a A ordem da reação em relação a um reagente indica adependência existente entre a concentração desse dependência existente entre a concentração dessereagente 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]2Ordem 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 reaçãoOrdem da reação em relação ao H2: 1ª ordem, v = k [H2]Se dobrarmos a concentração do H2 e mantivermos aconcentração do NO constante, a velocidade da reaçãodobra. V = k [H2] [NO]2 2 V = k [2 H2] [NO]2
  • 36. Cinética Química Ordem de uma reaçãoOrdem da reação em relação ao NO: 2ª ordem, v = k [NO]2Se dobrarmos a concentração do NO e mantivermos aconcentração do H2 constante, a velocidade da reaçãoquadruplica. V = k [H2] [NO]2 4 V = k [H2] [2 NO]2
  • 37. Cinética Química Ordem de uma reação aA + bB + cC => dD + eE + fFExperiência [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 reaçãoExperiência [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 reaçãoExperiência [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 reaçãoExperiência [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