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Unid:ds 3 - CinéticaquÍmica
Copílulo l
Velocidodedo reofio Conceilo quimicospodem ser você já sabe,atravésda observaçãocotidiana,que os processos leníos or nápidos. ObseÍvel
Assim, com a finalidadede caÍacterizara lentidãooü a rapidezcom que as reações ocoÍÌem, foi introduzida a gÍandeza relocidade de rcação. yetocidade médía de $ma reaçãoé a razão entre a variação do número d€ mols de um parricipanre e o intervalode lempoga.tonessa!âriâçào:
An = nitd-
ni.Òd
Analisemos,então,o que ocore com a reação: C,H2+2H,-C,H6 Um químico,medindoo númerode mols do participanteCrH6em funçãodo tempoe resuÌtados: nascondiçõesem que a reaçãoseprocessa,obt€veos seguìntes
côoruo ì
v e b c r d â . rdss E â c á o
133
Vamos,então,calcuÌaÍa velocidademédiadessareaçãono intervalode 0 min a 4 min: = l2-0 = l2mols ^n = 4-0= 4min ^1 \
12moì. 4min
^n ^t
"
V-
-
I motsmin
Issosjgnificaque,nesseintervalo, acadaminutoformam-seemmédia3 mols de C2H6. Vamosadmitjr, agora,qu€ o químico descübÌao númerode mols dos participanres CrH: e H2 nos temposindicadospara o CrH6e organizeassima tabela:
10
50
60
0
l8
36
t2
t5
30
l5
30
20
20
Se você calcularâ velocidademédia da reaçàoem função do CrHr, no inte alo de 0min â 4 min, empÍegandoa fórmula dada,€ncontrará: An = l8 50 = t2moìs I 4 0= 4min t^t: An - ì2 mols ,. .'4min ^r
V- -
I mots/min
Note que enconlÍamoso mesmovaÌor referenteao CrH6, no mesmointervalo,porem com vaÌor negativo. A fim de eviÌarque issoocorra,devemoscolocaro sinalnegâtiyona fórmula, paraque o valor da velocidadeda reaçâoseja o mesmopara qualquerparticipanteno m€smoinEnlão, paÌa os produÌosusamosa fórmula com sjnalpositivo(casodo C:HJ, e paÌa os Íeagentes,a 1órmülacom sìnaln€garivo(câsodo C:H2). Logo: an.,s, an.,u" ., = __aÌ : l_ ",, Vamos,agora,calculara velocjdademédiada reâçãono intervalode 0min a 4min em funçãodo H,:
J m =:e - e o = - :+mol s = 4-
l^t ., u
,
An
;;
0 =4 min -
,:4 mols
; ;ì;"
,
vm -õ íDoremitr
;
134
c n6ìiôâquimica
u.idôdê3
Note qüe obtivemosnovamentevalor negarivo,pois o H, é reagente.Assim,conforme vimos, devemoscolocaro sinainegativona fórmula. Enrretanto,o valol ÍuméÌico encon *ado ê o dobro do \alor referenteao C:H6 no mesmoinrervalo.Então, devernosdividir 6 por 12 para encoÌrtrarmos 3i
6:E= 3 Maq o queé o 2? Ondee4contni-lo? Ele é obtido a paíir da aÍálise dos coeficientes da equaçãoqüimicacoÌÌespondente: c.H,+ _, ''--
EH, T an.r", A'
-
C,H6 anH, aL
--2
ancrH6 -ãi
I Vejamoso cáìculoda velocidademédianum outío inreNalo, por exemploale6min a l0min: . Em ÌunÇão do C,H,: í an.,H, = l0 3s = -smols = l0 6 = 4min [ ^t
. Emíunção do H,: I An,- = 20 30 = -lomoÌs = 10 - 6 = 4min t ^r ..
anq,
" .=- ,z-.ã r
=
10
=
l0
s
* , ï;'--itsi"iÀi.
. Em função do C,H6: -r = 20- 15 = sÌnols .l ^nc,H6 = 10 6 = 4min t ^t
Observequepara todosos participantesda reaçãoobtivemoso mesmovalor da velocì. dademédiada reação. Considerando,então,uma reaçâogenérica,temos: aA+ bB
-
cC+dD
-i Ldpr-ro 1
W ERl)
ve.o(idâd€ dr FãÉo
135
Exercíciosrêso/yldos Um analista,êÍetuando m€didãsdo númerode mots dâ substânciaH, paÉ a reagãode formação do NH3, obteve, em função do tempo, a sêsuinte tabeta:
N r+ 3H 2
-
2N H 3
C alc ulâr ãv elo c i d a d e mó d i a d a rê â ç ã o n o s i ntervatosdeOmi ns5mi nede5mi nãt5úi n. a) tnteryalo de O min a 5 min:
anH,= 1o,o- 2o,o= -1o,o { tÀt = 5- o = 5
",=-il:'. = igs bl Inten/alo de 5 min a 15 mín:
2 ,5 1 o ,o= -7 ,5 J ^ n A , = lat=ts s=to ".=EB2)
a.at
-7 5 =- --o
=
A tabeh ;baixo mostrâ â varisção da massa d€ So, em Íuncão do tempo para a reacão
2sO, + o, - 2so3:
Calculârâ vêlocidademódia dâ reâçãono interualode 8 min a 10 min. Rlsolução: Na fólmulã dã velocidademédÌa, podemossubstituir a vâriãçãodo númeÍo de hôts pela variaçãoda mâssãAm: ^n 2S O r + O r - 2S O 3 am s o2 ., =v . = - . . at
amo, At
lnte|alo de A min a íO mín:
a m so = , 1 o - 15: -5 1 tat= l o- 8 =2 ., "'=-
A m s o, 2. ^t
_5
=
2aÌ
136
Unidâd€ 3
cinéricaqutmicâ
ER3| Ao adÌcÌonarmosfêro ã uma soluçãode HCl, ocoíê ã rêação: F e + 2HC l * F e C 1 2 +H , Medindo a conc€ntrãcãomolar de HCl. encontramos:
Calculara velocidademédiã da rcação no intervalode 5 min a a min. R.solução: Na fórmula dã velocidademédia, podsmos substituira variacãodo númerode mots pela variaçãods concenúaçãomolar A[ ]: ^n F ê + 2HCl F e c l r+ H , -
,, _ alFêl '- - - - - -
ÀlHcrl alH.l ?.ãi--^t ^,t-6ct, - À i
lnt eNalode S n i n a S m i n :
{ a 1 n c r: l o ,ro o o .r1 5= o ,o 1 s {^r=8-5=3
., "=- -
-0.015
^tHcrl ai
ffi ExercÍclosde oprcndizogem W úl)
Dãdã ãEaão2so, + o, locidade ndia, confome
: ': lvtiptixildq:üith
. d+SO:oriileiúè,. :.::l
0 2 12 a)de0sâ2s b)de0ral2l c)de2saós
0 l
1.5
6,0
5 8
4,0
2,2 1,0
t0
6,0
d )d e 2 s a 1 2 s e )d e 6 s a l 2 s
EÁ2) Deacordocoú a tabçlârefeÊÍbà equâçáo C + O, * CO?,calcülea lelocidade ndia nos seSuinles iÍleFâìos:
a)dc0sa3s b)de3sa5s c)de3sa8s
d)de5sal 0s e)de8sal 0s 0del sai 0s
EAJ) Dadaa equação Zn + HrSOl A$O1 + H,, €ìdh a velocidade nédia,deacordo con a rabela,
câpítuto1 - Vetocidade da rcacão
137
f,Âs) A tabelaabaixofonecear con(€nlÌâ9ôe! Ìnolares deB m váÌioslenpos,dea.ordocon a suareação 2A + l B -2C + D
toqplidpì
a) de0 Ìnin a 5 nin b) de5 nii a It mii
c) deEÍin a 30ni' d) de5 mina 30nin
EÂ4) A rabelaabaixonostÌa a vaúção dâ nâssada subslância C ques foma nareação: A+ B - 2C MlsI & C-rí{.!re (9
0 l0
5
l0 t0
l5
40
EO
60
Cãhulea lelocidade nediade fomaçãoda substânciaC, en g/s,nosseguinrainrwalos: d )d e l 0 s a 8 0 s b ) del0s a30s e )d e l 0 s a 5 0 s c) de30s â50s Ddel0sa80s
' co*!!ioçm bohr4E
0 2
2,0 t,0
5
0,5 0,1
E
0.2
ll
Calcnhã veÌdidãdenédiada rcaçãono! seguìilej a) de0mi nâ2ni r b) de0 mina 5 min c) de2ni na5ni n
d) de5ni raE mi n e) de5 ÍÌin a ll ÍÌin 0 de8ni . a l l ni r
EAó) Un quÍnicorealizoü a leaçâodede.omposição do H ,C Or: H ,cOj -H rO+ C 01 Itldiu a corce raÉo nolar do CO, noslempos l os
-
[co1] = 0,2M
2 0 s -[ c o J = 0 , 8 M médiâdesaÌÉçnonoinltraìo Qüaló a velocidade del 0sa20sÌ
Velocidodes deÍormoFoe dedesopoÍecimeilo um ÍecipienÌe no qualrealizdremo. Suponhdmos de \ liÌrosde capacidade o processo:
há a formaçãode 3 mols de Observeque paracada2 moÌs de ozoneque desaparecem oxigênio. Vamosadmitir, para esseprocesso,as seguintesmedidas:
Notequeosvalorestabeladosobed€cem à relação,em mols , indicadana equação.Veja: Noinício(t = 0t, o númeÍode mols de03é2,0eodeOrézeÍo,poisaindanãohouve foÌmaçãode O2. No tempot = 5 s, o númerodemols deOrél,5.Issosignificaque0,5mol(2,0-1,S) de 03 desapareceu, dandoorigema 0,75mol de Or: 2 Or
+
3 O:
23
-
23 or =;
-
^
2"
No tempot = 7s, o númerode mols de O, é 0,5. tssosignificaque 1,0mol (1,5 0,5) desapareceu, dandooÌigema 1,5 mol de Or, o qual, somadocom 0,75mol já existenteno tempot = 5s,nosdá2,25molsdeO:: 20,
-i
-
lj- T y ' 2-
3Oz
-i
-
2
J
,
.
J.r
rr 1,5+0,15=2,25
Agora,vamoscalculara velocidade média(V,) da reação: 20 , 30:
"":,.j+.)=
cãpíruro1
vslocidade dã rcação
139
W Exerc',cioresolvido ER4) Dãdo o processo3CrH, * CsH6, deteminaí a velocidadede Íormôção do benzeno acelilêno bên2eno em função da velocidadede desâparêcimentodo acetileno.
3CrH, -
lllliq 3
W ExercÍcrbsde oprendizagem EA?) Con rèlação à Mção Fe + 2HCl
-
FcCl,+ H, foran ieitd d Fsuinlesnedidat:
'Íèifiii(ô,:,i l 0 2 4
8
":: :i:'::MliÊÌiidi.'iiôli:4!t$s€t: 1.5
1,0 0,ó 0,1
0 0,25 0,45 0,1í)
calNle aslelocidades dc d€saparc.inento d0 HCl,defomaçáodo lccl, e da leaçãonosintenalos: c )d ,2 saE s d)de4raE s a ) de0s a2s queconstanra lahelaabaixoseÌeferem à reaçã01 f,AE) As medidâs N2+ 3H, - 2Nt ll
thíeiiiÍri t,0 0,7 5
l0
0 ,1
'e"ft!írà@.;{i è N}r]'0 0,2 0,4 0,6
calcuhasvelocidads dedsâpaÌecinento do H,, deiomaçãodo NHr c daÌeâçãoios inleealos: d)dei sal 0s c )d e3sa5s a )de0s a3s b )d e o s a 5 s
[^9) DâdaaÌeação2Hr+Or-2H:o,detemineavelocidadededesaparecinenlodoo,enfunçãodaleìsidadede fomação doHrO.
14O
uniaoae:- cnetc" q,i-r"a
EAl0ì Dadoo proceslo 2SOr. O: dedeepaRci n údro o0 :.
lSO.,calcule â,velocidâde deddapdcirúro doSO,m Íunçào dâFtocidade z v !. r À . o L
X 11)Dadaa eqüa9ão C'HóO+ 3O1 2CO,+ lHrO, catcule: a) a vel@idade dedesaparccínenlo do O, eÍniunçãodãlelocidade defonnação do COrj b) a velocidade defomaçãodo HrO en funqãodâyelocidade dedeepar€úimento do C,H6O.
Medido dovelocldode Com relação à medida da velocidade, as reaçôespodem apresentaÍvelocidodeimensuúwl e velocidade mensuúyel.
Volocldode imensurovel Algumas reações,tais como as explosivase as de precipitação, são tão rápidas que po. dem serconsideÍadas instantâneas. Evidentemente nesses casosa veÌocidadenão DõdeìeÌ medida. EnLreranlo. outrassãotào lenta.quea medidada velocidade seÌornâLambém impraricá!el.Focaso.porexemplo.daÍormaçáodeaguaaparLjrdehidrogénioeorigènioa0.C e na ausênciade catalisador (nestecaso, para obteÍmos, por €xemplo, 18 g de água seÍiam necessâ-rios algunsséculos).
. 2CrH5(oNO,)r
-
3N, + 6CO, + 5H,O
. AgNOr + NaCl *
.H l
* lo, -
AgCl + NaNOr +
* +o"o"c
Volocidodo mensurüvel Muitas reaçõesocorremcom uma veÌocidadesusceúvel de sermedidana prática.Essa medidâpode ser feita atravésde processos quimicosou processosfisicos.
químlcoc Procscsos Considere um sislema no qual está ocorendo umâ reâção cuja velocidade queÍemos determinar. Em diferenies intervalos de tempo ÍetiÍamos uma amostra do sistemãe fazemos uma análise quantitativa (de prefeíência uma dosagemvolumétrica) de uma alassubs_ íâncias participantes (escolhemos,eúdentemente, a mais favoúvel à dosagem).
câplruìo1
velocdaded6.eaÇão 141
Assim, por exemplo,vamossupor que queiÍamosdetermúar a veÌocidadeda reação:
Hi c - c < 3 _ c , Hj
+ NaoH
-
Hr c - c < 3 Na + H. c , - o H
Nestecaso,retiramosuma amostrae dosamoso hidÍóxido de sódio(NaOH) por alca limetria.
PÍocessos fsicos Os pÌocessosfísicosutilizadosna determinação da velocidad€de uma reaÇãosãomuito maisprecisos qüimicos,pois não há a introdução que os processos de novassubstâncias no sistema. Assim,seno sistemaem queocorrea Íeaçãohâ a formâçâode um gás insolúvel,podemosmediÌ, em diferentesintervalosde tempo,o volumed€ss€gás. são mad,! Os pÍocessosfisicosmais empregados da do índice de rcÍação, medìda da condutibílìdade elétríat e medidas coloimétricas. Assim, medindoa velocidadeda reaçãoem dife um rentesintervalosde tempo, podemosestabeìeceí gráfico da velocidadeem iunção do tempo. e ma\ìma Ob\eÍvamo,quesemprea velocidade no inicio e vai diminuirÌdocom o tempo. Assim,obtemosgráficosdo tipo ilustradoao Ìado.