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Cursinho Alternativo da UEPA 2016 Disciplina: Química Professor (a): Walber Azevedo Email: [email protected]

Aula: 15

Cinética Química INTRODUÇÃO Em nosso dia a dia, observamos reações mais rápidas e outras mais lentas. Às vezes, contudo, nos interessa acelerar ou desacelerar uma reação. Isso pode ser conseguido, respectivamente, com uma panela de pressão e uma geladeira, por exemplo. É nesse contexto que se inserem os conhecimentos de cinética química, agora estudados.

VELOCIDADE MÉDIA DE UMA REAÇÃO QUÍMICA Medir a velocidade de uma reação significa medir a quantidade de reagente que desaparece ou a quantidade de produto que se forma, por unidade de tempo. Em decorrência disso, pode-se afirmar que a velocidade média de uma reação química é o quociente da variação da molaridade de um dos reagentes (ou produtos) da reação pelo intervalo de tempo em que essa variação ocorre. Ex: A velocidade dessa reação, em relação ao NH3, é: (

)

(

) (

)

Ou Dada a seguinte tabela: Tempo (min) 0 5 10 15 Variação da molaridade 0 20,0 32,5 40,0 do NH3 (mol/L) Nos seguintes intervalos, a velocidade da reação será: * De 0 a 5 min:

20 43,5

* De 5 a 10 min: E assim sucessivamente, dependendo do intervalo escolhido. OBS: não se pode esquecer que, à medida que o produto vai sendo formado, os reagentes vão sendo consumidos. É preciso, por isso, obter um valor que expresse a velocidade média da reação (e não de uma só substância). Para tal, basta dividir o valor encontrado para uma dada substância por seu coeficiente estequiométrico. No exemplo acima, como o coeficiente do NH3 é 2, se dividirmos as velocidades médias encontradas, expressaremos, então, a velocidade da reação por um único valor.

VELOCIDADE INSTANTÂNEA E CINÉTICA QUÍMICA É importante destacar que a velocidade a cada instante, em uma reação química, é diferente da velocidade média. Nessa conjuntura, como encontrar, então, a velocidade instantânea? É simples; basta saber que, a velocidade da reação em um dado instante (ou velocidade instantânea) é o valor para o qual tende a velocidade média quando os intervalos de tempo vão se tornando cada vez menores.

Em virtude disso, pode-se definir cinética química como o estudo da velocidade das reações químicas e dos fatores que influem nessa velocidade.

COMO AS REAÇÕES OCORREM? Para que haja uma reação, primeiramente temos que ter duas condições básicas: as moléculas precisam entrar em contato e, também, precisam ter afinidade química. Sabendose que, de acordo com a teoria das colisões, as moléculas reagem ao se chocarem, é possível afirmar que a velocidade das reações dependerá da frequência desses choques, da violência com que eles ocorrem e, também, da orientação das moléculas no instante do choque.

FATORES QUE INFLUEM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES Temperatura, eletricidade e luz Aumentando-se a temperatura, observa-se aumento na velocidade das reações, pois a mesma aumenta a frequência entre os choques, assim como a sua energia. Vale saber que, algumas reações, mesmo que liberem calor, não iniciam espontaneamente. É necessário um empurrão inicial que é chamado de energia de ativação, que é a energia mínima que as moléculas precisam para reagir. A eletricidade e a luz desempenham o mesmo papel que a temperatura em muitas reações, fornecendo também a energia de ativação que muitas reações precisam para ocorrer. Concentração dos reagentes Constata-se que, aumentando a concentração dos reagentes, aumenta-se a velocidade da reação. Dada a seguinte reação: De acordo com a lei da velocidade ou lei cinética da reação, a velocidade da reação, em função da concentração dos reagentes, é dada por: v = k [H2] [I2], em que k é uma constante, que depende principalmente da temperatura. De um modo geral, pode-se dizer que a velocidade de uma reação é proporcional às concentrações molares dos reagentes, elevadas, geralmente, aos seus coeficientes. No que se refere ao mecanismo de uma reação, pode-se conceituá-lo como o conjunto de reações elementares pelas quais passa a reação, sendo a etapa mais lenta aquela que determina a velocidade da reação.

CATALISADOR São substâncias que aumentam a velocidade de uma reação, sem ser consumidos durante o processo. Chama-se catálise ao aumento de velocidade da reação, provocado por catalisador. Quando a substância diminui a velocidade da reação, ela é chamada inibidora. Àquelas que acentuam o efeito do catalisador, no entanto, dá-se o nome de promotoras (ou ativadores). Contudo, às que diminuem ou mesmo anulam o efeito do catalisador, dá-se o nome de veneno. Vale resaltar que o catalisador sempre participa da reação, porém nunca é consumido, mas sim se regenera no final. Seu papel principal, em linhas gerais, é criar para a reação um novo caminho, com energia de ativação menor, sem alterar o rendimento da reação (não confundir velocidade com rendimento). Por fim, é preciso pontuar que o catalisador não altera o ∆H da reação.

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Cinética Química COMO CAI NO ENEM 01. (UEPA) Preparar o sagrado cafezinho de todos os dias, assar o pão de queijo e reunir a família para almoçar no domingo. Tarefas simples e do cotidiano ficarão mais caras a partir desta semana. O preço do gás de cozinha será reajustado pelas distribuidoras pela segunda vez este ano, com isso, cozinhar ficará mais caro. A equação química que mostra a queima do butano (gás de cozinha), em nossas residências é: ()

()

()

04 (Fatec-SP) O aumento da temperatura provoca o aumento da rapidez das transformações químicas. Assinale a alternativa que mostra o gráfico obtido quando se representa o tempo necessário para que uma transformação química se complete, em função da temperatura.

()

O quadro abaixo ilustra a variação da concentração do gás butano em mols/L em função do tempo: [C4H10](mol/L) 22,4 20,8 18,2 16,6 15,4 14,9 Tempo 0 1 2 3 4 5 (horas) As velocidades da queima do gás de cozinha nos intervalos entre 0 a 5 e 1 a 3 horas são respectivamente a) -1,5 mols/L.h e -2,1 mols/L.h b) 1,5 mols/L.h e 2,1 mols/L.h c) 1,5 mols/L.h e -2,1 mols/L.s d) 2,1 mols/L.h e 1,5 mols/L.h e) -1,5 mols/L.h e 2,1 mols/L.h 02. (PUC-RJ) A amônia é um produto básico para a produção de fertilizantes. Ela é produzida cataliticamente, em altas pressões (processo Haber), conforme a equação: Se a velocidade de produção de amônia foi medida como: A velocidade da reação em termos de consumo de N2 será: -4

-1

-1

-4

-1

-1

-4

-1

-1

a) 1,0∙10 mol∙L ∙s c) 3,0∙10 mol∙L ∙s e) 5,0∙10 mol∙L ∙s b) 2,0∙10-4 mol∙L-1∙s-1 d) 4,0∙10-4 mol∙L-1∙s-1

03. (PUC-Campinas-SP) Considere as duas fogueiras representadas abaixo, feitas, lado a lado, com o mesmo tipo e quantidade de lenha.

05 (UFMG) Um Palito de fósforo não se acende, espontaneamente, enquanto está guardado, mas basta um ligeiro atrito com uma superfície áspera para que ele, imediatamente, entre em combustão, com emissão de luz e calor. Considerando-se essas observações, o que se pode afirmar em relação à reação? a) é endotérmica e tem energia de ativação maior que a energia fornecida pelo atrito. b) é endotérmica e tem energia de ativação menor que a energia fornecida pelo atrito. c) é exotérmica e tem energia de ativação maior que a energia fornecida pelo atrito. d) é exotérmica e tem energia de ativação menor que a energia fornecida pelo atrito. 06 (Enem-2014) A liberação dos gases clorofluorcarbonos (CFCs) na atmosfera pode provocar depleção de ozônio (O 3) na estratosfera. O ozônio estratosférico é responsável por absorver parte da radiação ultravioleta emitida pelo Sol, a qual é nociva aos seres vivos. Esse processo, na camada de ozônio, é ilustrado simplificadamente na figura.

A rapidez da combustão da lenha será: a) maior na fogueira 1, pois a superfície de contato com o ar é maior. b) maior na fogueira 1, pois a lenha está mais compactada, o que evita a evaporação de componentes voláteis. c) igual nas duas fogueiras, uma vez que a quantidade de lenha é a mesma e estão no mesmo ambiente. d) maior na fogueira 2, pois a lenha está menos compactada, o que permite maior retenção de calor pela madeira. e) maior na fogueira 2, pois a superfície de contato com o ar é maior.

Quimicamente, a destruição do ozônio na atmosfera por gases CFCs é decorrência da a) clivagem da molécula de ozônio pelos CFCs para produzir espécies radicalares. b) produção de oxigênio molecular a partir de ozônio, catalisada por átomos de cloro. c) oxidação do monóxido de cloro por átomos de oxigênio para produzir átomos de cloro. d) reação direta entre os CFCs e o ozônio para produzir oxigênio molecular e monóxido de cloro.

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