UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRODEL PERTEMA:CINTICA QUMICACURSO: DISEO DE PLANTAS INDUSTRIALES

Velocidade de uma reao

Velocidade ou rapidez de uma reao a grandeza que mede as quantidades de produtos que se formam e as quantidades de reagentes que so consumidas por unidade de tempo.

Velocidade Mdia de uma reao a razo entre a variao na quantidade de um reagente [ou de um produto] e o intervalo de tempo no qual ocorreu essa variao. Essa quantidade de reagente ou de produto pode ser expressa em concentrao [o mais comum], em massa, em mols ou at mesmo em volume para sistemas gasosos.

Veloc. mdia = | variao da concentrao | intervalo de tempo

(unidade utilizada: mol / L / s )

Usa-se a variao da concentrao em mdulo para que se evitem valores negativos de velocidade, como seria o caso dos reagentes.

Condies para a ocorrncia de reaesExistem vrios fatores responsveis pela ocorrncia de uma reao. Entre eles, temos: a natureza dos reagentes, o contato entre eles e os choques eficazes e a energia de ativao.

Natureza dos ReagentesSubstncias diferentes podem ou no reagir. Quando ocorre uma reao dizemos que existe afinidade entre os reagentes. muito difcil quantificar essa afinidade, mesmo sabendo que ela existe.

Contato entre os ReagentesEssa a condio mais evidente para a ocorrncia de uma reao. cidos e bases, por exemplo, mesmo que apresentem afinidade, no iro reagir se estiverem contidos em frascos separados. O contato entre os reagentes permite que ocorram interaes entre os mesmos, originando os produtos.

Teoria da ColisoQuando colocamos em contato os reagentes, as partculas que os compem iro colidir umas com as outras, e parte dessas colises, dependendo da sua orientao e energia, podero originar produtos. Em todas as reaes, os tomos que formam os reagentes se rearranjam, originando os produtos. No entanto, nem todos os choques entre as partculas que compem os reagentes do origem a produtos [choques no efetivos]. Os choques que resultam em quebra e formao de novas ligaes so denominados eficazes ou efetivos. No momento em que ocorre o choque em uma posio favorvel, forma-se uma estrutura intermediria entre os reagentes e os produtos, denominada complexo ativado.

Complexo ativado o estado intermedirio[estado de transio] formado entre reagentes e produtos, em cuja estrutura existem ligaes enfraquecidas[presentes nos reagentes] e formao de novas ligaes[presentes nos produtos]. Para que ocorra a formao do complexo ativado, as molculas dos reagentes devem apresentar energia suficiente, alm da coliso em geometria favorvel. Essa energia denominamos energia de ativao.

Energia de Ativao [ Ea ] a menor quantidade de energia necessria que deve ser fornecida aos reagentes para a formao do complexo ativado e, conseqentemente, para a ocorrncia da reao.

Experimentalmente, temos que: Reaes diferentes apresentam energias de ativao diferentes, sendo que as reaes que exigem uma menor energia de ativao ocorrem mais rapidamente, ou seja, ocorrem com maior velocidade. A nica grandeza que indica o grau de dificuldade da ocorrncia de uma reao a energia de ativao; nem o valor nem o sinal do H tm qualquer influncia nesse fato.

Fatores que influenciam na velocidade da reao:- Superfcie de contato: Quanto maior a superfcie de contato, maior ser a velocidade da reao.

- Temperatura: Quanto maior a temperatura, maior ser a velocidade da reao.

- Concentrao dos reagentes: Aumentando a concentrao dos reagentes, aumentar a velocidade da reao.

Numa reao qumica, a etapa mais lenta a que determina sua velocidade. Observe o exemplo a seguir: O perxido de hidrognio reagindo com ons iodeto, formando gua e oxignio gasoso.I - H2O2 + I- ------> H2O + IO- (Lenta)

II - H2O2 + IO- ------> H2O + O2 + I- (Rpida)

Equao simplificada: 2 H2O2 ------> 2 H2O + O2

A equao simplificada corresponde a soma das equaes I e II. Como a etapa I a etapa lenta, para aumentar a velocidade da reao, deve-se atuar nela. Tanto para aumentar ou diminuir a velocidade da reao, a etapa II (rpida) no vai influir; sendo a etapa I a mais importante.

A lei de Guldberg-Waage

Considere a seguinte reao: a A + b B ----------> c C + d DSegundo a lei de Guldberg-Waage: V = k [A].[B]b

Onde:V = velocidade da reao;[ ] = concentrao da substncia em mol / L;k = constante da velocidade especfica para cada temperatura.

A ordem de uma reao a soma dos expoentes das concentraes da equao da velocidade. Utilizando a equao anterior, calculamos a ordem de tal reao pela soma de (a + b).

Energia de ativao:

a energia mnima necessria para que os reagentes possam se transformar em produtos. Quanto maior a energia de ativao, menor ser a velocidade da reao. Ao atingir a energia de ativao, formado o complexo ativado. O complexo ativado possui entalpia maior que a dos reagentes e dos produtos, sendo bastante instvel; com isso, o complexo desfeito e d origem aos produtos da reao.

Observe o grfico:Onde:C.A.= Complexo ativado.Eat = Energia de ativao.Hr = Entalpia dos reagentes.Hp = Entalpia dos produtos.H = Variao de entalpia.

Catalisador:

O catalisador uma substncia que aumenta a velocidade da reao, sem ser consumida durante tal processo.A principal funo do catalisador diminuir a energia de ativao, facilitando a transformao de reagentes em produtos. Observe o grfico que demonstra uma reao com e sem catalisador:

Inibidor: uma substncia que retarda a velocidade da reao.Veneno: uma substncia que anula o efeito de um catalisador.

Recapitulando... Cintica qumica o estudo da velocidade das reaes, de como a velocidade varia em funo das diferentes condies e quais os mecanismos de desenvolvimento de uma reao.

Velocidade de uma reao qumica o aumento na concentrao molar do produto por unidade de tempo ou o decrscimo na concentrao molar do reagente na unidade de tempo.

Constante da velocidade, k, uma constante de proporcionalidade que relaciona velocidade e concentrao. Tem valor constante a uma temperatura e varia com a temperatura.

Fatores que afetam a velocidade de uma reao qumica:Concentrao dos reagentes. Geralmente quanto mais concentrado mais rpido a velocidade. Existem excees a esta regra;Temperatura. Normalmente a velocidade das reaes aumenta com o aumento da temperatura. Um aumento de 10oC chega a dobrar a velocidade de uma reao;Estado fsico dos reagentes. Normalmente a velocidade segue esta ordem: gases > solues > lquidos puros > slidos. Devido ao aumento da superfcie especfica;Presena (concentrao e forma fsica) de um catalisador ou inibidor. Catalisador acelera e inibidor diminui a velocidade de uma reao qumica;Luz. A presena de luz de certo comprimento de onda tambm pode acelerar certas reaes qumicas.

Ordem de reao. Leis de velocidade

Ordem de uma reao qumica igual ao valor do expoente ao qual os reagentesesto elevados e expressos na equao da lei da velocidade

Lei de velocidade de uma reao qumica uma equao que relaciona a velocidadede uma reao com a concentrao dos reagentes elevadas em certos expoentes

Para uma reao qumica geral:aA + bB cC + dD

A seguinte lei da velocidade obtida:Velocidade = k [A]m [B]n

onde m e n so os expoentes dos reagentes e so determinados experimentalmente.Os valores de m e n so as ordens da reao qumica, portanto esta reao de ordem m em relao ao reagente A e de ordem n em relao ao reagente B, e de ordem (m + n) para a reao total.A constante de proporcionalidade k chamada de constante de velocidade da reao.

Lei da velocidade de zero ordem A reao de zero ordem quando a velocidade da reao qumica independenteda concentrao do reagenteLeis de velocidade de zero ordem no so muito comuns. A maioria das reaesqumica segue leis de velocidades de primeira e segunda ordem. A lei de velocidadede zero ordem pode ser observada apenas se as concentraes atuais dos reagentes no puder variar medida que a reao se desenvolve, o que incomum, e estas reaes no so encontradas facilmente. Um exemplo de reao de zero ordem poderia ser uma reao no eletrodo onde apenas o material adsorvido na superfcie do eletrodo pode reagir.

Lei da velocidade de primeira ordemReaes de primeira ordem so aquelas nas quais a velocidade da reao qumica proporcional concentrao de um reagenteA lei da velocidade de primeira ordem uma das formas mais comuns da lei da velocidade.

Lei da velocidade de segunda ordemReaes de segunda ordem so aquelas nas quais a velocidade da reao qumica proporcional ao produto das concentraes de dois reagentes

Leis da velocidade de segunda ordem envolvem dois reagentes, e para ambos a concentrao depende do tempo. Devido ao fato de haver vrias pequenas diferentes formas possveis de leis da velocidade de segunda ordem, mais conveniente trat-las separadamente. A forma mais simples delas obtida quando as duas molculas de reagentes so idnticas, como no caso onde dois tomos de hidrognio se combinam para formar a molcula de hidrognio. Uma lei da velocidade de segunda ordem deve envolver dois reagentes uma vez que duas concentraes esto envolvidas, ms os dois reagentes no necessitam que sejam diferentes.

Influncia da temperatura na velocidade de reaoQuando se eleva a temperatura de uma reao qumica a velocidade de formao do produto aumentaDo ponto de vista termodinmico, aumentando a temperatura aumenta a energia cintica mdia das molculas reagentes. De acordo com a teoria das colises, este aumento de temperatura aumenta a energia de impacto da coliso a qual faz com que aumente a probabilidade de mais molculas excederem a energia de ativao, produzindo mais produtos a um aumento da velocidade. Como isto observado se a concentrao no alterada? De acordo com a lei da velocidade a nica coisa que poderia afetar a velocidade alm da concentrao dos reagentes a prpria constante da velocidade.

Energia de ativao

Energia de ativao a energia mnima necessria para que a reao ocorra A energia que uma molcula possui depende da natureza da molcula. Se a molcula um nico tomo, ela possui energia cintica devida a sua movimentao. Ela tambm possui energia adicional se alguns de seus eltrons esto em um estado de maior energia que o estado normal, chamado de estado original. Um tomo ou molcula dita como estando no estado excitado, especificamente um estado eletrnico excitado, quando ela possui esta energia adicional.

Molculas, as quais contm mais de um tomo, pode possuir, alm da energia cintica e a energia dos eltrons excitados, energia vibracional devida a movimentao dos tomos dentro da molcula relativa aos outros tomos, e as ligaes covalentes mantendo-os no lugar. Molculas possuindo esta energia adicional tambm dita como estando no estado excitado, especificamente um estado excitado vibracional.

Energia pode ser distribuda por si mesma entre uma srie de colises das molculas, e a maior parte do estado excitado de vida curta e suficiente para elas retornarem ao estado original rapidamente.

A fim de reagir, as molculas no estado inicial devem adquirir uma energia adicional, descrita como energia de ativao ou energia livre de ativao; a reao ento e apenas nesta condio se desenvolver espontaneamente para o estado final o qual possui energia menor que a do estado inicial. A energia livre exigida para ativao retornada assim que a reao ocorre para dar produtos de menor energia.

Fonte Bibliogrfica:Qumica 2 Fsico-Qumica Usberco e Salvador Editora Saraiva.Mdulo de Cintica do Positivo.http://dicasdequimica.vilabol.uol.com.br/cinetica.htmlhttp://ce.esalq.usp.br/arquimedes/Atividade09.pdf

"Procure ser uma pessoa de valor, em vez de procurar ser uma pessoa de sucesso. O sucesso conseqncia." Albert Einstein

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