Cinética - Química
Autor: Adelita Moraes | Publicado: 2011-06-03T12:12:00-07:00






CinéticaA cinética é a parte da&nbsp;química&nbsp;que&nbsp;estuda&nbsp;as velocidades das reações onde, com o aumento da temperatura se aumenta a velocidade.Existem fatores que influenciam na velocidade como “temperatura”, “superfície” e “concentração de reagentes”.
Velocidade de uma reaçãoA velocidade de uma reação é a variação da concentração dos reagentes pela variação de uma unidade de tempo. As velocidades das reações químicas geralmente são expressas em molaridade por segundo (M/s).A velocidade média de formação de um produto de uma reação é dado por:Vm&nbsp;= variação da concentração do produto / variação do tempoA velocidade da reação decresce com o tempo. A velocidade de formação do produto é igual a velocidade de consumo do reagente.:Velocidade da reação&nbsp;= variação da concentração dos reagentes / variação do tempoA velocidade das reações química pode ocorrer em escalas de tempo muito amplas. Por exemplo, uma explosão pode ocorrer em menos de um segundo, a cocção de um alimento pode levar minutos ou horas, a corrosão pode levar anos, e a erosão de uma rocha pode ocorrer em milhares ou milhões de anos.
Fatores que influenciam na velocidade da reação:Superfície de contato: Quanto maior a superfície de contato, maior será a velocidade da reação.

Temperatura: Quanto maior a temperatura, maior será a velocidade da reação.&nbsp;
Concentração dos reagentes: Aumentando a concentração dos reagentes, aumentará a velocidade da reação.
&nbsp; Numa reação química, a etapa mais lenta é a que determina sua velocidade. Observe o exemplo a seguir: O peróxido de hidrogênio reagindo com íons iodeto,&nbsp;formando&nbsp;água e oxigênio gasoso.I - H2O2&nbsp;+ I-&nbsp;&nbsp;⇒&nbsp;H2O + IO-&nbsp;(Lenta)&nbsp;II - H2O2&nbsp;+ IO-&nbsp;&nbsp;⇒&nbsp;&nbsp;H2O + O2&nbsp;+ I-&nbsp;(Rápida)&nbsp;Equação simplificada: 2 H2O2&nbsp;&nbsp;⇒&nbsp;&nbsp;2 H2O + O2.A equação simplificada corresponde a soma das equações I e II. Como a etapa I é a etapa lenta, para aumentar a velocidade da reação, deve-se atuar nela. Tanto para aumentar ou diminuir a velocidade da reação, a etapa II (rápida) não vai influir; sendo a etapa I a mais importante.
A lei de Guldberg-Waage:Considere a seguinte reação: a A + b B&nbsp;&nbsp;⇒&nbsp;&nbsp;c C + d DSegundo a lei de Guldberg-Waage;&nbsp;V = k [A]a&nbsp;[B]b.Onde:V = velocidade da reação;

[ ] = concentração da substância em mol / L;

k = constante da velocidade específica para cada temperatura.
A ordem de uma reação é a soma dos expoentes das concentrações da equação da velocidade. Utilizando a equação anterior, calculamos a ordem de tal reação pela soma de (a + b).
Teoria da colisãoPela teoria da colisão, para haver reação é necessário que:as moléculas dos reagentes colidam entre si;
a colisão ocorra com geometria favorável à formação do complexo ativado;
a energia das moléculas que colidem entre si seja igual ou superior à energia de ativação.
Colisão efetiva ou eficaz é aquela que resulta em reação, isto é, que está de acordo com as duas últimas condições da teoria da colisão. O número de colisões efetivas ou eficazes é muito pequeno comparado ao número total de colisões que ocorrem entre as moléculas dos reagentes.Quanto menor for a energia de ativação de uma reação, maior será sua velocidade.Uma elevação da temperatura aumenta a velocidade de uma reação porque aumenta o número de moléculas dos reagentes com energia superior à de ativação.Regra de van't Hoff&nbsp;- Uma elevação de 10°C duplica a velocidade de uma reação.Esta é uma regra aproximada e muito limitada.O aumento da concentração dos reagentes aumenta a velocidade da reação.&nbsp;
Energia de ativação:É a energia mínima necessária para que os reagentes possam se transformar em produtos. Quanto maior a energia de ativação, menor será a velocidade da reação.Ao atingir a energia de ativação, é formado o complexo ativado. O complexo ativado possui entalpia maior que a dos reagentes e dos produtos, sendo bastante instável; com isso, o complexo é desfeito e dá origem aos produtos da reação. Observe o gráfico:Onde:C.A.= Complexo ativado.
Eat. = Energia de ativação.
Hr. = Entalpia dos reagentes.
Hp. = Entalpia dos produtos.
DH = Variação de entalpia.
Catalisador:O catalisador é uma substância que aumenta a velocidade da reação, sem ser consumida durante tal processo.A principal função do catalisador é diminuir a energia de ativação, facilitando a transformação de reagentes em produtos. Observe o gráfico que demonstra uma reação com e sem catalisador:Inibidor: é uma substância que retarda a velocidade da reação.Veneno: é uma substância que anula o efeito de um catalisador.A ação do catalisador é abaixar a energia de ativação, possibilitando um novo caminho para a reação. O abaixamento da energia de ativação é que determina o aumento da velocidade da reação.Catálise homogênea - Catalisador e reagentes constituem uma só fase.
Catálise heterogênea - Catalisador e reagentes constituem duas ou mais fases (sistema polifásico ou mistura heterogênea).&nbsp;
&nbsp;&nbsp;EnzimaEnzima é uma proteína que atua como catalisador em reações biológicas. Caracteriza-se pela sua ação específica e pela sua grande atividade catalítica. Apresenta uma temperatura ótima, geralmente ao redor de 37°C, na qual tem o máximo de atividade catalítica.Promotor de reação ou ativador de catalisador é uma substância que ativa o catalisador, mais isoladamente não tem ação catalítica na reação.Veneno de catalisador ou inibidor é uma substância que diminui e até destrói a ação do catalisador, sem tomar parte na reação.
AutocatáliseAutocatálise - Quando um dos produtos da reação atua como catalisador. No início, a reação é lenta e, à medida que o catalisador (produto) vai se formando, sua velocidade vai aumentando.
ConclusãoNa cinética química estuda-se a velocidade das reações químicas.As velocidades das reações químicas são expressas por M/s “molaridade por segundo”.Quanto maior for a temperatura, maior será a velocidade, existindo fatores que influenciam nessa velocidade, como “superfície”, “temperatura” e “concentração dos reagentes”, onde, quanto maior for a superfície de contato maior será a velocidade de reação, quanto maior a temperatura maior será&nbsp; a velocidade de reação, quanto maior for a concentração dos reagentes maior será a velocidade de reação.“lei de Guldberg-Waage”&nbsp; lei onde a ordem de uma reação é a soma dos expoentes das concentrações da equação da velocidadeExiste uma energia mínima para que os reagentes se transformem em produto, essa “energia mínima”&nbsp; da se o nome de “energia de ativação”, quanto maior for a energia de ativação, menor será a velocidade da reação.Para diminuir essa “energia de ativação” pode-se usar um catalisador que facilita a transformação de reagentes em produtos.Autoria: Eduardo Faia Miranda

Resumão.Velocidade de reação

aA +&nbsp;bB&nbsp;®&nbsp;cC +&nbsp;dD




vmédia&nbsp;de formação de C =D[C]
———
Dt


vmédia&nbsp;de consumo de A =-D[A]
———
Dt


vmédia&nbsp;da reação =-D[A]
———
a·Dt=-D[B]
———
b·Dt=-D[C]
———
c·Dt=-D[D]
———
d·Dt



Energia de ativaçãoComplexo ativado&nbsp;é uma estrutura intermediária entre os reagentes e os produtos, com ligações intermediárias entre as dos reagentes e as dos produtos.
Energia de ativação&nbsp;é a energia mínima necessária para a formação do complexo ativado.

Teoria da colisãoPela&nbsp;teoria da colisão, para haver reação é necessário que:
as moléculas dos reagentes colidam entre si;
a colisão ocorra com geometria favorável à formação do complexo ativado;
a energia das moléculas que colidem entre si seja igual ou superior à energia de ativação.
Colisão efetiva&nbsp;ou&nbsp;eficaz&nbsp;é aquela que resulta em reação, isto é, que está de acordo com as duas últimas condições da teoria da colisão. O número de colisões efetivas ou eficazes é muito pequeno comparado ao número total de colisões que ocorrem entre as moléculas dos reagentes.
Quanto menor for a energia de ativação de uma reação, maior será sua velocidade.
Uma elevação da temperatura aumenta a velocidade de uma reação porque aumenta o número de moléculas dos reagentes com energia superior à de ativação.
Regra de van't Hoff&nbsp;-&nbsp;Uma elevação de 10°C duplica a velocidade de uma reação.
Esta é uma regra aproximada e muito limitada.
O aumento da concentração dos reagentes aumenta a velocidade da reação.

Lei da velocidade de reação


aA&nbsp;+ bB&nbsp;+ ...&nbsp;®&nbsp;produtosv = k [A]p&nbsp;[B]q


p&nbsp;e&nbsp;q&nbsp;são experimentalmente determinados
k&nbsp;= constante de velocidade de reação; aumenta com a temperatura
p&nbsp;= ordem da reação em relação a&nbsp;A
q&nbsp;= ordem da reação em relação a&nbsp;B
p&nbsp;+&nbsp;q&nbsp;+ ... = ordem da reação
Reagente(s) gasoso(s)&nbsp;-&nbsp;A pressão de um gás é diretamente proporcional à sua concentração em mol/L. Por isso, no caso de reagente(s) gasoso(s), a lei de velocidade pode ser expressa em termos de pressão.
Para aA(g)&nbsp;+ bB(g)&nbsp;+ ...&nbsp;®&nbsp;produtos, temos:
v = k·ppA·pqBO aumento da pressão aumenta a velocidade da reação. Quando não há reagente gasoso, a pressão não influi na velocidade da reação.
Reação elementar&nbsp;é aquela que ocorre numa única etapa. Neste caso, para aA + bB + ...&nbsp;®&nbsp;produtos, temos:
v = k [A]a&nbsp;[B]b...Mecanismo de reação&nbsp;é o conjunto das etapas em que ocorre a reação. A etapa lenta é a que determina a velocidade da reação. O mecanismo de uma reação é proposto com base no estudo de sua velocidade.
Superfície de contato&nbsp;-&nbsp;Quanto maior for o grau de dispersão de um sólido, maior será a sua superfície e maior será a velocidade da reação na qual é reagente.

Catálise e catalisadorCatálise&nbsp;é uma reação na qual toma parte um catalisador.
Catalisador&nbsp;é uma substância que aumenta a velocidade de uma reação, permanecendo inalterado qualitativa e quantitativamente no final da reação.
A ação do catalisador é abaixar a energia de ativação, possibilitando um novo caminho para a reação. O abaixamento da energia de ativação é que determina o aumento da velocidade da reação.

Catálise homogênea&nbsp;-&nbsp;Catalisador e reagentes constituem uma só fase.
Catálise heterogênea&nbsp;-&nbsp;Catalisador e reagentes constituem duas ou mais fases (sistema polifásico ou mistura heterogênea).

EnzimaEnzima&nbsp;é uma proteína que atua como catalisador em reações biológicas. Caracteriza-se pela sua ação específica e pela sua grande atividade catalítica. Apresenta umatemperatura ótima, geralmente ao redor de 37°C, na qual tem o máximo de atividade catalítica.
Promotor de reação ou ativador de catalisador&nbsp;é uma substância que ativa o catalisador, mais isoladamente não tem ação catalítica na reação.
Veneno de catalisador ou inibidor&nbsp;é uma substância que diminui e até destrói a ação do catalisador, sem tomar parte na reação.

AutocatáliseAutocatálise&nbsp;-&nbsp;Quando um dos produtos da reação atua como catalisador. No início, a reação é lenta e, à medida que o catalisador (produto) vai se formando, sua velocidade vai aumentando.











Por: Pofessor João Neto1. Considere a reação CaCO3&nbsp;à CaO + CO2. Foi aquecida uma certa massa de carbonato de cálcio e o volume de gás carbônico obtido foi sendo observado e medido em função do tempo. Foi obtida a tabela abaixo:
Mols de CO2Tempo (min)
00
2010
3520
4530
5040
5250

2. Dada a reação 2SO2&nbsp;+ O2&nbsp;à 2SO3, calcule a velocidade em relação a cada participante e a velocidade média, conforme a tabela, nos seguintes casos:&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; a)Qual a velocidade média dessa reação no intervalo de 0 a 10 min?&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; b)Calcule a velocidade média dessa reação nos demais intervalos.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Tempo (s)Quantidade de matéria (em mols) de SO2&nbsp;existenteQuantidade de matéria (em mols) de O2&nbsp;existenteQuantidade de matéria (em mols) de SO3&nbsp;existente
06,04,00,0
25,03,51,0
62,22,13,8
121,01,55,0
a) De 0s a 2sb) De 2s a 6sc) De 6s a 12sd) De 2s a 12s3. Na reação 2H2O2&nbsp;à 2H2O + O2, a velocidade média dessa reação num certo intervalo de tempo, é 8 mol/s em relação a água oxigenada. Qual a velocidade em relação ao oxigênio no mesmo intervalo de tempo?Resposta: 4 mol/s4. Realizou-se a reação de decomposição do ácido carbônico: H2CO3&nbsp;à H2O + CO2. Mediu a concentração em quantidade de matéria de gás carbônico nos tempos 10s e 20s e obteve o seguinte resultado em mol/L:&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 10s : 0,2 M&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 20s : 0,8 M&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Qual a velocidade média dessa reação no intervalo de 10s a 20s?&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;5. Dada a tabela abaixo em relação à reação 2HBr à H2&nbsp;+ Br2&nbsp;:
Tempo (min)Mols de HBr
00,200
50,175
100,070
150,040
200,024
a) Qual a velocidade média desta reação em relação ao HBr, no intervalo de 0 a 5 minutos?b) Qual a velocidade média dessa reação, no intervalo citado anteriormente, em relação ao gás hidrogênio?c) Determine a velocidade média dessa reação para o HBr e para o Br2, no intervalo de 10 a 15 min.
6. Foi misturado 2 mols de gás hidrogênio com 3 mols de gás cloro num recipiente fechado. Suponha que do início da mistura até 15s, a reação H2&nbsp;+ Cl2&nbsp;à 2HCl ocorra conforme os dados da tabela.
Tempo (s)Quantidade de matéria (em mols) de H2&nbsp;existenteQuantidade de matéria (em mols) de Cl2&nbsp;existenteQuantidade de matéria (em mols) de HCl existente
02,03,00
11,752,750,5
31,52,51,0
61,252,251,5
101,02,02,0
150,751,752,5
a) Calcule a velocidade em relação a cada participante e a velocidade média da reação no intervalo de 10 a 15s.b) Usando papel milimetrado, construa no mesmo sistema de coordenadas o gráfico que mostra a variação da quantidade existente (em mol) de cada participante em função do tempo. Represente a quantidade em mol na ordenada e o tempo na abcissa.7. (Unicamp-SP) Amostras de magnésio foram colocadas em soluções de ácido clorídrico a diversas concentrações e temperaturas havendo total "dissolução" do metal e desprendimento de gás hidrogênio . Observaram-se os seguintes resultados:
AmostraMassa de magnésio "dissolvida"Tempo para dissolver
I2,0g10 min
II0,40g2,0 min
III0,40g1,0 min
IV0,50g1,0 min
a) Em qual caso a velocidade média da reação foi maior?b) Em qual caso desprendeu-se maior quantidade de hidrogênio?8. (PUC-PR) A revelação de uma imagem fotográfica em um filme é um processo controlado pela cinética química da redução do halogeneto de prata por um revelador. A tabela abaixo mostra o tempo de revelação de determinado filme usando um revelador D-76.
Quantidade existente do revelador (mol)Tempo de revelação (min)
246
227
218
209
1810
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; A velocidade média de revelação no intervalo de tempo de 7 min a 10 min é, em mol/min:a) 3,14b) 2,62c) 1,80d) 1,33e) 0,70

9. (UFPE) Considere a reação: 2N2O à 4NO2&nbsp;+ O2. Admita que a formação de gás oxigênio tem uma velocidade média constante e igual a 0,05 mol/s. A massa de NO2&nbsp;formada em 1 min é:a) 96gb) 55,2gc) 12gd) 552ge) 5,52g
10. (PUC-MG) A poluição pelo NO2&nbsp;é uma das causas de destruição da camada de ozônio. Uma das reações que pode ocorrer no ar poluído é a reação do dióxido de nitrogênio com o ozônio: 2NO2&nbsp;+ O3&nbsp;ß à N2O5&nbsp;+ O2. Admita que a formação do O2&nbsp;tem uma velocidade média constante igual a 0,05 mol.L /s. A massa de ozônio consumida em 1 min é, em gramas:a) 2,40b) 144c) 1,60d) 96e) 48
11. (UFPE) O gráfico a seguir representa a variação de concentração das espécies A, B e C com o tempo. Qual das alternativas a seguir contém a equação química que melhor descreve a reação representada pelo gráfico?a) 2A + B à Cb) A à 2B + Cc) B + 2C à Ad) 2B + C à Ae) B + C à A
12. (PUC-MG) Considere a equação: 2NO2&nbsp;+ 4CO à N2&nbsp;+ 4CO2. Admita que a formação do gás nitrogênio tem uma velocidade média constante igual a 0,05 mol/L.min. Qual a massa, em gramas, de gás carbônico formada em uma hora?
13. (Mack-SP) Numa certa experiência, a síntese do cloreto de hidrogênio ocorre com o consumo de 3 mols de gás hidrogênio por minuto. Qual a velocidade de formação do cloreto de hidrogênio?
14. (FEI-SP) Um prego de ferro, em presença de umidade, reage com o oxigênio do ar produzindo óxido de ferro III hidratado e liberando hidrogênio. A reação acontece até consumir todo o prego. Dos gráficos abaixo, o que melhor representa a velocidade (v) dessa reação em função do tempo (t) é:

&nbsp;&nbsp;

15. (Faap-SP) Num dado meio onde ocorre a reação N2O5&nbsp;à N2O4&nbsp;+ ½ O2, observou-se a seguinte variação na concentração de N2O5&nbsp;em função do tempo:
N2O5&nbsp;(mol/L)0,2330,2000,1800,1650,155
Tempo (s)0180300540840
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Calcule a velocidade média da reação no intervalo de 3 a 5 min.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Resposta: 0,01 mol/L.min16. (Fesp-SP) A reação de decomposição do amoníaco (NH3) produz 8,40g/min de gás nitrogênio. Qual a velocidade dessa reação em mols de NH3&nbsp;por hora?
17. (Unisinos-RS) A combustão completa do etanol ocorre pela equação:C2H5OH + 3 O2&nbsp;à 2CO2&nbsp;+ 3H2OConsiderando que em uma hora foram produzidos 2640g de gás carbônico, qual a velocidade da reação , expressa em número de mols de etanol consumidos por minuto?
18. (Fuvest-SP) Para uma dada reação química, expressa como A à B, sabe-se que a concentração de A se reduz à metade em cada intervalo de tempo de 30 min. Se a concentração inicial de A for de 1M, após quanto tempo ela atingirá o valor de 0,125M?&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;19. (UESC) A água oxigenada – H2O2&nbsp;– se decompõe, produzindo água e gás oxigênio, de acordo com a equação: H2O2&nbsp;à H2O + ½ O2. O gráfico abaixo foi construído a partir de dados experimentais e mostra a variação da concentração de água oxigenada em função do tempo.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Qual será a velocidade média de decomposição da água oxigenada nos intervalos I, II e III?&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;

Gabarito:01a)2 mol/minb)Vm10-20= 1,5 mol/min; Vm20-30= 1,0 mol/min; Vm30-40= 0,5 mol/min; Vm40-50= 0,2 mol/min.02&nbsp;a)V&nbsp;SO2= 0,5; V&nbsp;O2= 0,25; V&nbsp;SO3= 0,5; Vm=0,25b)V&nbsp;SO2= 0,7; V&nbsp;O2= 0,35; V&nbsp;SO3= 0,7; Vm=0,35c)V&nbsp;SO2= 0,2; V&nbsp;O2= 0,10; V&nbsp;SO3= 0,2; Vm=0,10d)V&nbsp;SO2= 0,4; V&nbsp;O2= 0,20; V&nbsp;SO3= 0,4; Vm=0,2003 4 mol/s
04 0,06M

05a) 0,005b) 0,0025c) 0,006 (HBr) e 0,003 (Br2)06
a) V&nbsp;H2= 0,025; V&nbsp;Cl2= 0,025; V&nbsp;HCl= 0,05; Vm=0,025 mol/sb)07&nbsp;a) V&nbsp;I= 0,2g/min; V&nbsp;Il= 0,2g/min; V&nbsp;lII= 0,4g/min; V IV=0,5g/min. A velocidade maior é 0,5g/min, ou seja, a amostra IV.b)Quanto maior a massa de magnésio consumida, maior a quantidade de hidrogênio desprendida. Então, a amostra IV desprende mais hidrogênio.08 d
09 d
10 b
11 C
12 528g
13 6 mol/min.
14 a
15 0,01 mol/L.min
16 36 mol/h
17 0,5
18 90 min.
19 0,03 M/min; 0,02 M/min e 0,01 M/min&nbsp;