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									Cinética Química

Rafael Pereira Siqueira Monti - 15880
     Renan Ferreira Perez - 15886


Engenharia Mecânica 2008
                 Introdução
       A cinética química está preocupada com as
velocidades, ou grau de velocidade, das reações
químicas.
Exemplos de sua importância no nosso cotidiano:
   • Rapidez com que o medicamento age no nosso
   corpo;
   • Velocidade de deterioração dos alimentos;
   • Velocidade de corrosão de materiais;
   • Funcionamento de conversores catalíticos.
    Fatores que afetam as
   velocidades de reações
O estado físico dos reagentes:
    • Para que as reações ocorram é
    necessário contato entre os
    reagentes. Portanto quanto maior a
    área de contato, maior será a
    velocidade da reação.


    Exemplo: Remédios em forma de comprimido
    e pó fino.
    Fatores que afetam as
   velocidades de reações
A concentração dos reagentes:
   • A maioria das reações químicas aumentam
   sua velocidade com o aumento da
   concentração de um ou mais de seus
   reagentes



    Exemplo: Abertura da janela do bico de Bunsen.
   Fatores que afetam as
  velocidades de reações

A temperatura na qual a reação ocorre:

   • O aumento da temperatura faz aumentar a
   energia cinética das moléculas,
   conseqüentemente haverá um incremento no
   número de colisões entre elas.



    Exemplo: Refrigeração de alimentos perecíveis.
  Fatores que afetam as
 velocidades de reações

Presença de um catalisador:
    • Os catalisadores afetam a mecânica das
    colisões entre as moléculas, contudo
    permanecem inalterados após o término da
    reação.




   Exemplo: Catalisadores de automóveis.
  Velocidades de reações

A velocidade de uma reação, ou sua taxa de reação,
é a variação na concentração (mol/L) dos reagentes
ou produtos por unidade de tempo (s).


                   variação da concentração
Velocidade média =
                       variação no tempo
                  Δ[ ]
                =
                  Δt
      Velocidades de reações
H2(g) + I2(g)         2 HI(g)

                  0 - 10
<V> reagentes =            = -0,33 mol/L.s
                  30 - 0
                  20 - 0 = 0,66 mol/L.s
<V> produtos =
                  30 - 0

                                t (s)        [H2] e [I2]   [HI] (mol/L)
                                              (mol/L)
                                 0              10              0
                                30               0             20
  Concentração e Velocidade
aA + bB             cC+dD

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 B


OBS.: Os valores de m e n são obtidos experimentalmente,
mas em reações elementares, n = a e m = b.
 Método Espectroscópico para
medição de velocidades de reação
O espectrômetro é acertado para monitorar a
concentração de um reagente ou produto durante
uma reação através da absorção de um
comprimento de onda característico.



                                       Espectrômetro
                                       de Absorção
  Variação da concentração
        com o tempo
Uma reação de primeira ordem é aquela cuja velocidade
depende da concentração de um único reagente elevado à
primeira potência.

                                  A  produtos

Velocidade = [A] = k[A]
              t
Variação da concentração
      com o tempo
Uma reação de segunda ordem é aquela cuja
velocidade depende da concentração do reagente
elevado à segunda potência ou da concentração de
dois reagentes diferentes, cada um elevado à
primeira potência.



       Como regra, a ordem de uma reação vem dada
         pela soma dos expoentes dos reagentes
  Variação da concentração
        com o tempo
Para reações de ordem dois temos:

   A  produtos     ou   A + B  produtos

   Velocidade = [A] = k[A]2
                t
Com o uso do cálculo, essa lei de velocidade pode ser
usada para derivar a seguinte equação:

     1 = kt + 1
    [A]t     [A]0
   Variação da concentração
         com o tempo
                        Gráfico da
                      velocidade da
                    reação de primeira
                          ordem



     Gráfico da
   velocidade da
reação de segunda
       ordem
   Variação da concentração
         com o tempo

A meia-vida de uma reação é o tempo necessário para que
a concentração de um reagente caia para a metade de seu
                      valor inicial.




OBS.: A concentração inicial dos reagentes não afeta
a meia-vida de uma reação de primeira ordem.
Temperatura e velocidade
 A temperatura está intimamente ligada à
 velocidade, na grande maioria das reações
 químicas a velocidade aumenta com o aumento
 da temperatura.
Temperatura e velocidade
Modelo de colisão:
   • Para que haja uma reação é preciso que as
     moléculas se choquem.
     Por exemplo: Numa mistura de H2 e I2, a
     temperatura e pressão ordinárias, ocorrem
     aproximadamente 1010 colisões por segundo,
     mas apenas uma em cada 1013 colisões
     produz uma reação.
   • Mas colidir simplesmente não basta, é
     necessário levar em consideração o fator
     orientação.
     Mas o que é o fator orientação??
   Temperatura e velocidade
Fator Orientação:

As moléculas devem estar orientadas de uma maneira
eficiente para que a reação ocorra.

  H2 + I2  2 HI
     +    


                                        
  Colisão I:         Colisão II:
                                                 
  Não favorável
                                       Complexo
                                        ativado
   Temperatura e velocidade
Energia de ativação:
• Existe uma energia mínima que as moléculas
devem possuir para que uma reação ocorra.
• Essa energia vem da energia cinética das
moléculas que colidem, e ela é chamada de
energia de ativação, Ea.
• A fórmula que determina a fração das
moléculas com E ≥ Ea vem dada por:
                            Onde:
                                • R é a constante dos gases
      f=   e-Ea/RT              (8,314 J/mol.K)
                                • T é a temperatura absoluta
Temperatura e velocidade




O arranjo específico dos átomos quando a energia de
ativação for máxima é chamado de complexo ativado.
  Temperatura e velocidade
Equação de Arrhenius

  Arrhenius observou que, para a grande
  maioria das reações, o aumento na
  velocidade com o aumento da temperatura
  é não-linear:
                       Onde:
                          • k é a constante da velocidade
   k = Ae-Ea/RT           • Ea é a energia de ativação
                          • R é a constante dos gases
                          (8,314 J/mol.K)
                          • A é uma “constante”
                          relacionada com a freqüência
                          das colisões
 Temperatura e velocidade

 Pode-se também utilizar a equação de Arrhenius,
quando se tem a constante k de velocidade de uma
          reação em duas temperaturas:


  ln k1 = - Ea + ln A    e    ln k2 = - Ea + ln A
            RT1                         RT2



 ln k2 - ln k1 = -Ea    1 -   1
                 R      T2    T1
    Mecanismos de reação
Mecanismo de reação descreve a maneira com que as
reações ocorrem. Portanto, as reações podem ser
dividias em uma ou mais etapas elementares.
Se soubermos que uma reação é elementar,
saberemos sua lei de velocidade.



 OBS.: Estudos experimentais podem mostrar que
 uma reação pode ter uma lei de velocidade muito
  diferente que a apresentada através das etapas
                   elementares.
   Mecanismos de reação
O número de moléculas que participam como
reagentes em uma etapa elementar define a
molecularidade da etapa:
      • Unimolecular: Reação que envolve uma única
      molécula;
      • Bimolecular: Reação envolvendo colisão de
      duas moléculas de reagente
      • Termoleculares: Reação de envolve a colisão
      simultânea de três moléculas (são reações
      raramente encontradas).

OBS.: Em uma reação envolvendo mais de uma
etapa, a reação mais lenta é a determinante da
velocidade da reação.
       Mecanismos de reação

Molecularidade     Etapa elementar       Lei de velocidade

 Unimolecular       A → produtos          Velocidade = k[A]

 Bimolecular       A + A → produtos      Velocidade = k[A]2

 Bimolecular      A + B → produtos      Velocidade = k[A][B]

 Termolecular    A + A + A → produtos    Velocidade = k[A]3

 Termolecular    A + A +B → produtos    Velocidade = k[A]2[B]

 Termolecular    A + B + C → produtos Velocidade = k[A][B][C]
                Catálise
Catalisador é uma substância que acelera uma
reação diminuindo sua energia de ativação, mas
apesar disso não sofre modificação química
permanente:

   • Catálise homogênea: Um catalisador
   homogêneo é aquele que está presente na
   mesma fase que as moléculas do reagente;
   • Catálise heterogênea: Um catalisador
   heterogêneo existe em fase diferente das
   moléculas do reagente.
Catálise
            Catálise




Conversor catalítico usado em automóveis.
                       Catálise
     Um excelente exemplo de reações catalíticas
     muito eficientes são as reações envolvendo
     enzimas em nosso corpo:


As enzimas são muito seletivas e aceleram
drasticamente processos específicos no
nosso organismo, as reações envolvendo
enzimas podem ser melhor explicadas
utilizando o modelo da chave e fechadura:
    Referências Bibliográficas

• Química : Ciência Central – Brown, Lemay e Bursten; 9ª ed.
• www.wikipedia.org

								
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