Cinética Química

Cinética a parte da química que estuda a velocidade das reações químicas.

1- velocidade das Reações: sabemos que uma reação é rápida quando os produtos são formados quase instantaneamente (ex: explosão). E uma reação é lenta quando existe um determinado período de tempo para a formação do produto (Ex: decomposição de material orgânico). A velocidade da reação é definida como sendo a variação de concentração de um dos reagentes ou produtos dividida pelo tempo que as mudanças ocorrem na reação. Observe:

Seja a reação aA ----> bB, onde as letras minúsculas representam os índices estequiométricos:

Variação de concentração dos reagentes (A) e dos produtos (B) ao longo do tempo.

Perceba que os reagentes vão sendo consumidos e os produtos sendo formados. Como a velocidade pode mudar ao longo do tempo, definimos a seguinte equação para o reagente, R:

Veloc. Média de Desaparecimento de R = - ∆[R]/∆t

*Colchetes e 'A' são usados para representar a concentração. (∆[A]).

Como os reagente são consumidos em uma reação, a concentração molar de R diminui com o tempo e ∆[R] é negativo. Esse sinal negativo assegura que a velocidade é positiva. Já a equação para os produtos, P, é positiva já que o produto está sendo formado com o passar do tempo:

Veloc. Média de Formação de P = ∆[P]/∆t

Exemplo 1:

Sendo A + B --------------> C+D e os dados abaixo:

Tempo (min)	Reagente [A] mol/L	Produto [D] mol/L
0	30	0
10	24	4
20	18	6
30	14	8
40	10	9

a) Encontre a velocidade média de [A] (30 a 40 min):

Vm[A]= - ([A]f - [A]i/Tf-Ti)
Vm[A] = - 14-24/30-10

Vm[A] =0,5 mol/l-min

b) Velocidade média de [D]. (20 a 40 min).

Vm[D] = [D]f-[D]i/Tf-Ti)
Vm[D]= (9-6/40-20)

Vm[D]= 0, 15 mol/l-min

2- Teoria da Colisões:

Para que uma reação ocorra é necessário que:

• As substâncias sejam reativas;
• Ocorram colisões efetivas entre as partículas;
• As colisões tenham orientação favorável;
• As colisões tenham energia suficiente.

3- Energia de Ativação (Ea):

É a menor energia necessária para que a reação ocorra. Observe o gráfico:

4- Fatores que afetam a velocidade das reações:

4.1- Concentração:

Quanto maior a concentração dos reagentes, maior a probabilidade de choques entre eles e consequentemente a reação será mais rápida.

4.2- Temperatura: 

Quanto maior a temperatura, maior a movimentação das partículas dos reagentes. Isso aumenta o número de colisões, o que aumenta a velocidade da reação.

4.3- Superfície de Contato:

Quanto maior a superfície de contato, maior o número de choques efetivos entre as partículas e, portanto, maior a velocidade da reação. Ex: a área de contato do ferro em pó é maior do que o ferro em barra, por isso enferruja mais rápido. Isso também se aplica ao uso de medicamentos triturados ao invés de inteiros na medicação para que o efeito seja mais rápido.

4.4- Ação do catalisador:

O catalisador altera a velocidade de uma reação sem ser consumido durante o processo:

Tipos:

• Catálise Homogênea: catalisador no mesmo estado físico que os reagentes. Ex: o cloro no processo de destruição do ozônio.
• Catálise Heterogênea: o catalisador e os reagentes formam um sistema com mais de uma fase. 
• Catálise Enzimática: a enzima é uma proteína que age como catalisador em reações biológicas.
• Inibidor ou Catalisador Negativo: é uma substância que diminui a velocidade de uma reação sendo consumida no processo. Ex: conservantes em alimentos.

4.5- Pressão:

A panela de pressão faz com que os alimentos cozinhem  mais rápido.

 O aumento da pressão aumenta a velocidade das reações químicas, aumentando o choque entre as moléculas.

4.6- Eletricidade:

Do mesmo modo que o calor, a eletricidade também é uma forma de energia que influi na velocidade de muitas reações químicas.

                           

                Faísca elétrica

2 H2(g)  + O2(g) --------------------> 2H2O

4.7- Luz:

Da mesma maneira que o calor e a eletricidade , a luz (bem como as demais radiações eletromagnéticas),  também é uma forma de energia que influi em muitas reações químicas. Quando ficamos diretamente expostos ao sol do meio-dia, por exemplo, as queimaduras que sofremos na pele são resultado da quebra de moléculas formadas na própria pele. 

Um outro exemplo é o das misturas de H2 e Cl2 que não reagem no escuro; no entanto elas explodem quando expostas à luz solar direta:

                             

        Luz

H2(g) + Cl2(g) --------------> 2HCl(g)

5- Lei de Velocidade: a velocidade de uma reação que é proporcional a concentração dos reagentes elevados a índices chamados de ordem de reação (encontrados experimentalmente).

Dada a reação: aA + bB ----------> produtos

V = K [A]^α  [B]^β [C]^γ

onde:
V = velocidade da reação
K = constante de velocidade
[A], [B] e [C] = concentrações

Β+ γ+ α = ordem total da reação

Obs:

Reações elementares: Ocorrem em uma única etapa. A lei de velocidade é proporcional a concentração dos reagentes elevados aos respectivos índices estequiométricos. Supondo que a reação anterior fosse elementar:

V = [A]^a  [B]^b  [C]^c

Reações não elementares: Ocorrem em várias etapas. A lei de velocidade é proporcional a concentração dos reagentes elevados aos respectivos índices estequiométricos da reação da etapa lenta.

1) A2 + 2DC -------> D2C + A2C   (lenta)

2) A2 +D2C -------> D2 +A2C       (rápida)

____________________________________________

3) 2A2 +2DC ------> D2 +2A2C

lei de velocidade: V= K[A].[DC]²

Exemplo:

Dada a reação: aA + bB +cC -------> produtos

Experimento    [A] mol/l     [B] mol/l    [C] mol/l    Velocidade mol/l.min

      I                    8                  12             4                       2,0

     II                  16                 12             4                       8,0

     III                 16                 24             4                       8,0

     IV                 16                 24             8                       64

a) lei de velocidade:

V = K [A]^α + [B]^β +[C]^γ

α = [A] = varia

                                    -----> Experimento I e II

[B] e [C] constantes

[A]= 18/8 =2  ------> V = 8,0/2,0 =4

2^α = 4

2^α = 2²   (corta 2)

α  = 2

β = [B] = varia

[A] e [C] = constantes         -----------> Experimento II e III

[B] = 24/12 = 2   --------> V = 8/8 = 1

2^β = 1

2^β = 2              (Usa-se logaritmos para resolução)

β = 0

γ= [C] = varia

[A] e [C] constantes                       ----------> Experimento III e IV

[C] = 8/4 = 2 --------------> V = 64/8 = 8

2^γ = 8

2^γ = 2³

γ = 3

 A lei de velocidade da reação é: V= K [A]²[C]³