CINÉTICA QUÍMICA

1. CINÉTICA QUÍMICA FILIPE FERNANDES SZYMANSKI DE TOLEDO 15730 THALES CARVALHO SOARES DA SILVA 15751

2. CINÉTICA QUÍMICA • As reações ou transformações químicas se ocupam com a formação de novas substâncias a partir de um dado conjunto de reagentes. E as velocidade das reações? Por que as estudamos?

3. CINÉTICA QUÍMICA • A cinética química é o ramo da química que estuda as velocidades das reações • Suas aplicações: - Saúde: alimentos, medicamentos, odontologia - Indústria e construção: enferrujamento do aço - Energia: queima de combustível

4. CINÉTICA QUÍMICA

5. Fatores que interferem • Concentração dos reagentes • Temperatura • Catalisador • Área superficial dos reagentes

6. CINÉTICA QUÍMICA • Velocidade de reação Considere a reação: A → B A velocidade média é: Velocidade média = - ∆ (mol de [A]∆t Velocidade média = ∆ (mol de B) ∆t

7. CINÉTICA QUÍMICA • Velocidade em termos de concentração Vm = ∆ [ ] ∆t • Velocidade de reação e estequiometria Para a reação aA + bB → cC + dD a velocidade é: V = - 1∆[A] = - 1∆[B] = 1∆[C] = 1∆[D] a ∆t b ∆t c ∆t d ∆t

8. CINÉTICA QUÍMICA • Dependência entre a velocidade e a concentração Quanto maior a concentração dos reagentes, maior será a velocidade da reação e vice-versa. • Lei de velocidade v = k . [A]ª. [B]b a constante k é a constante da velocidade (também chamada velocidade específica da reação)

9. CINÉTICA QUÍMICA • Variação da concentração com o tempo Para uma reação do tipo A → C, obtém-se os seguintes gráficos (concentração versus o tempo):

10. CINÉTICA QUÍMICA • Reações de primeira ordem Para uma reação do tipo A → produtos a lei de velocidade é v = - ∆[A] = k [A] ∆t com métodos do cálculo diferencial, tem-se que: ln [A]t = - k . t + ln [A]0 ↕ ↕ ↕ ↕ y = m . x + b

11. CINÉTICA QUÍMICA • Meia-vida Tempo necessário para que a concentração inicial caia à metade ln ½[A]0 = - k . t1/2 [A]0 ln½ = - k. t1/2 t1/2 = - ln½ = 0,693 k k *meia-vida independente da concentração inicial

12. CINÉTICA QUÍMICA • Reações de segunda ordem v = [A]² a partir do cálculo diferencial: 1 = k.t + 1 [A]t [A]0 *Esta equação também tem a forma da equação de uma reta. t1/2 = 1 k[A]0 meia-vida – concentração inicial do reagente.

13. CINÉTICA QUÍMICA • O modelo da colisão: fatores da velocidade vistos em nível molecular • REAÇÃO = COLISÃO (Ea, T e [ ]) + DIREÇÃO

14. Temperatura • Interfere na constante de velocidade: cada 10 K duplica o valor de k

15. Direção • Em 10¹³ colisões aproximadamente 1 (uma) forma um produto

16. Energia de Ativação • Energia necessária para que ocorra uma reação

17. CINÉTICA QUÍMICA • A equação de Arrhenius • Verifica-se que o aumento da temperatura não é linear com o da velocidade k = A e–Ea/RT obs: maior Ea menor k, menor velocidade

18. CINÉTICA QUÍMICA • Mecanismos de reação: explicam a reação ao invés de representá-la • Etapa elementar – processos ocorrem em um único evento Tipos de moléculas reagentes = molecularidade da etapa 1 molécula envolvida = reação unimolecular 2 moléculas = reação bimolecular 3 moléculas = reação termolecular (mais rara)

19. Lei de velocidade de etapa elementar • Unimolecular A → produtovelocidade = k.[A] • Bimolecular A + B → produtos velocidade = k.[A].[B]

20. CINÉTICA QUÍMICA • Várias etapas • Equação química do processo total = soma das equações das etapas • Intermediários – substâncias produzidas e consumidas nas diferentes etapas

21. Lei de Velocidade para várias etapas • Etapa 1 = + lenta Velocidade total = velocidade dessa etapa • Etapa 1 = + rápida Produto = intermediário → instável

22. Etapa 1 (rápida): NO(g) + Br2(g) ↔ NOBr2(g) k1 (direta), k-1 (inversa) Etapa 2 (lenta): NOBr2(g) + NO(g) → 2NOBr(g) k2 para a reação • Equilíbrio: k1[NO][Br2] = k-1[NOBr2] → [NOBr2] = k1 [NO][Br2] k-1 Substituindo: v = k2k1 [NO][Br2][[NO] = k[NO]2[Br2] k-1

23. CINÉTICA QUÍMICA • Catalisador • Aumenta a velocidade sem sofrer modificação permanente • Catálise homogênea: catalisador e reagentes estados físicos iguais NO(g) *catalisador SO2(g) + ½ O2(g) → SO2(g) • Catálise heterogênea: catalisador e reagentes estados físicos diferentes Pt(s) *catalisador SO2(g) + ½ O2(g) → SO3(g)

24. CINÉTICA QUÍMICA • Reação com e sem catalisador:

25. CINÉTICA QUÍMICA • Enzimas As enzimas são um grupo muito importante de proteínas e todas as reações químicas do organismo responsáveis pelo metabolismo do corpo humano só são possíveis através da ação catalítica das enzimas.

26. CINÉTICA QUÍMICA • Referências bibliográficas • Enzimas, metabolismo e ... Gastronomia. Disponível em: <http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/ba/Induced_fit_diagram_pt.svg/648px-Induced_fit_diagram_pt.svg.png > Acesso em: 02 de maio de 2008. • DALTON, Michael. Química: ciência central, Cinética Química. Cap.14, p. 324-344.