Notas de Aula

1. Prof. Nunes
Cinética QuímicaCinética Química
Universidade Federal do Ceará
Centro de Ciências
Departamento de Química Orgânica e Inorgânica
Química Geral e Orgânica
DQOI - UFC
Cinética QuímicaCinética Química
Prof. Dr. José Nunes da Silva Jr.
nunes.ufc@gmail.com
1

2. Prof. Nunes
Cinética QuímicaCinética Química
ÉÉ oo estudoestudo dasdas velocidadesvelocidades dede reaçõesreações químicasquímicas.
AplicaçõesAplicações dada CinéticaCinética QuímicaQuímica??????
 monitorar a atmosfera (efeitos dos poluentes)
 desenvolvimento de catalisadores
 biologia e medicina
DQOI - UFC2
 biologia e medicina
 saúdesaúde representa um balanço entre um grande número de
reações (metabolismo).
 doençadoença frequentemente é um sinal que a velocidade de reações
importantes biologicamente mudaram muito.

3. Prof. Nunes
 A velocidadevelocidade dede umauma reaçãoreação descreve como reagentesreagentes sãosão consumidosconsumidos e os
produtosprodutos sãosão formadosformados.
 CinéticaCinética químicaquímica é o estudo das taxas de reações químicas, os fatores que
afetam a velocidades de reação, e os mecanismos (série de etapas), pelos
quais as reações ocorrem.
DefiniçõesDefinições
DQOI - UFC3
 As reações químicas ocorrem com velocidades muito diferentes.
 Por exemplo, reaçõesreações dede combustãocombustão, tais como a queima do metano,metano,
CHCH44 (presente no gás natural) e a combustão de isooctanoisooctano,, CC88HH1818,
(presente na gasolina), ocorrem muito rapidamente, às vezes
explosivamente.

4. Prof. Nunes
Velocidade de ReaçõesVelocidade de Reações
 As velocidadevelocidade dasdas reaçõesreações são geralmente expressasexpressas emem unidadesunidades de
molesmoles porpor litrolitro porpor unidadeunidade dede tempotempo.
 Se nós conhecemos a equação química de uma reação, sua velocidadevelocidade podepode
serser determinadadeterminada seguindo a variaçãovariação nana concentraçãoconcentração de qualquer produtoproduto
ou reagentereagente que podepode serser detectadadetectada quantitativamentequantitativamente.
DQOI - UFC4
V = -  (concentração do reagente)
 (tempo)
V =  (concentração do produto)
 (tempo)
o sinal negativo torna a velocidade positiva.

5. Prof. Nunes
Velocidade de ReaçõesVelocidade de Reações
Vamos estudar a reação: 2 HIVamos estudar a reação: 2 HI(g)(g) HH2(g)2(g) + I+ I2(g)2(g)
Verifica-se que durante um intervalo
de 100s, a concentração molar de HI
decresceu de 4,00M para 3,50M.
Se a velocidade da reação anterior é
5,0 x 10-3, qual é a velocidade da
reação em termos de [H2]?
DQOI - UFC5
V =
- ( 3,5 - 4,0 )
100s
V = 5,0 x 10-3 mol (HI)
L.s
2 moles HI
são consumidos
1 mol H2
é formado
V = 2,5 x 10-3 mol (H2)
L.s

6. Prof. Nunes
 Considere como um exemplo a reação em fase gasosa que ocorre quando
misturamos 1,000 mol de hidrogênio e 2,000 moles de cloreto de iodo a 230 °C
em um frasco lacrado de 1 litro.
Velocidade de ReaçõesVelocidade de Reações
VelocidadeVelocidade
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VelocidadeVelocidade
da reaçãoda reação

7. Prof. Nunes
Velocidade de ReaçõesVelocidade de Reações
VelocidadeVelocidade
da reaçãoda reação
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8. Prof. Nunes
Velocidade de ReaçõesVelocidade de Reações
VelocidadeVelocidade
da reaçãoda reação
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9. Prof. Nunes
 A velocidadevelocidade instantâneainstantânea de reação no tempo t (2,0 segundos, por exemplo)
é o negativo da inclinaçãoinclinação dada tangentetangente da curva no tempo t.
VelocidadeVelocidade InstantâneaInstantânea de Reaçõesde Reações
DQOI - UFC
 Vemos que a velocidadevelocidade dada reaçãoreação diminuidiminui comcom oo tempotempo..
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10. Prof. Nunes
VelocidadeVelocidade InstantâneaInstantânea de Reaçõesde Reações
OutroOutro ExemploExemplo:: Concentração da PenicilinaPenicilina armazenada a 25 oC.
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11. Prof. Nunes
 QuatroQuatro 44 fatoresfatores têm efeitosefeitos marcantesmarcantes sobre as velocidades das reações
químicas.
1) a natureza dos reagentes,
2) concentrações dos reagentes,
3) temperatura, e
4) presença de um catalisador.
Fatores que InfluenciamFatores que Influenciam a Velocidade de Reaçõesa Velocidade de Reações
DQOI - UFC
 OO entendimentosentendimentos destesdestes efeitosefeitos podepode nosnos ajudarajudar aa controlarcontrolar asas velocidadesvelocidades dasdas
reaçõesreações..
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12. Prof. Nunes
 Os estadosestados físicosfísicos das substâncias reagentes sãosão importantesimportantes na
determinação da sua reatividade.
 Uma poça de gasolinagasolina líquidalíquida pode queimar sem problemas, mas os vaporesvapores
dede gasolinagasolina pode queimar explosivamente.
 Dois líquidoslíquidos imiscíveisimiscíveis podempodem reagirreagir lentamentelentamente em sua interface, mas se
NaturezaNatureza dos Reagentesdos Reagentes
DQOI - UFC
 Dois líquidoslíquidos imiscíveisimiscíveis podempodem reagirreagir lentamentelentamente em sua interface, mas se
eles estão intimamenteintimamente misturadosmisturados para proporcionar um melhor contato, a
reaçãoreação aceleraacelera.
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13. Prof. Nunes
 O fósforofósforo brancobranco e o fósforofósforo vermelhovermelho são diferentes formas sólidas
(alótropos) de fósforo elementar.
 O fósforofósforo brancobranco inflama quando exposto ao oxigênio no ar.
 Por outro lado, o fósforofósforo vermelhovermelho pode ser mantida em aberto
recipientes para longos períodos de tempo sem reação perceptível.
NaturezaNatureza dos Reagentesdos Reagentes
DQOI - UFC13

14. Prof. Nunes
 GizGiz emem pópó (CaCO3) reage rapidamente com ácido clorídrico diluído, pois tem
uma grande área de superfície total.
 Um bastãobastão dede gizgiz tem uma área muito menor, assim que reage muito mais
lentamente.
NaturezaNatureza dos Reagentesdos Reagentes
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15. Prof. Nunes
 Como as concentrações de reagentes mudam a temperatura constante, a
velocidade de reação varia.
 A expressão da leilei dede velocidadevelocidade para uma reação descrevedescreve comocomo suasua
velocidadevelocidade dependedepende dasdas concentraçõesconcentrações, isto é, a lei de velocidade é
deduzidadeduzida experimentalmenteexperimentalmente parapara cadacada reaçãoreação em estudo.
ConcentraçãoConcentração dos Reagentesdos Reagentes
DQOI - UFC
 A leilei dede velocidadevelocidade para uma reação na qual A e B são reagentes é expressa
da seguinte forma:
 A constanteconstante kk é chamada de constanteconstante dede velocidadevelocidade específicaespecífica (ou
apenas a constanteconstante dede velocidadevelocidade) para a reação a uma temperatura
particular.
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VV

16. Prof. Nunes
 Os valoresvalores dosdos expoentes,expoentes, xx ee yy, e da constanteconstante dede velocidade,velocidade, kk não têm
qualquer relação necessária com os coeficientes estequiométricos na
equação química balanceada da reação global, e devemdevem serser determinadosdeterminados
experimentalmenteexperimentalmente.
 As grandezas com que as concentrações são elevadas, xx ee yy, são:
ConcentraçãoConcentração dos Reagentesdos Reagentes
VV
DQOI - UFC
 As grandezas com que as concentrações são elevadas, xx ee yy, são:
 geralmente números inteiros, ou
 zero, mas
 ocasionalmente são fracionários ou
 mesmo negativo.
 xx == 22 significa que o velocidade é diretamente proporcional ao quadrado da
concentração.
 XX == 00 significa que a velocidade não depende da concentração desse reagente.
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17. Prof. Nunes
 O valorvalor dede xx é dito ser a ordemordem dada reaçãoreação comcom respeitorespeito aa AA e yy éé aa ordemordem dada
reaçãoreação comcom relaçãorelação aa BB.
 A ordemordem globalglobal dada reaçãoreação é x+yx+y. Exemplos de leis taxa observada para
algumas reações seguir.
ConcentraçãoConcentração dos Reagentesdos Reagentes
VV
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VV
VV
VV
VV

18. Prof. Nunes
 Plotando as velocidadesvelocidades iniciaisiniciais como uma função da [[NN22OO55]] - ddáá umauma retareta
Reações deReações de 1ª Ordem1ª Ordem
2 N2 N22OO5 (g)5 (g)  4 NO4 NO22 (g)(g) + O+ O22 (g)(g)
VV = K . [N= K . [N22OO55]]
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[[NN22OO55]]

19. Prof. Nunes
 Plotando as velocidadesvelocidades iniciaisiniciais como uma função da [NO[NO22]] - nãonão dádá umauma
retareta
Reações deReações de 2ª Ordem2ª Ordem
2 NO2 NO2 (g)2 (g)  2 NO2 NO (g)(g) + O+ O22 (g)(g)
 Plotando as velocidadesvelocidades iniciaisiniciais como uma função das [[NONO22]]22 - ddáá umauma retareta.
DQOI - UFC19
[NO[NO22]]22

20. Prof. Nunes
 Embora a maioria das reações sejam de 1a ou 2a ordem, existemexistem reaçõesreações comcom
outrasoutras ordensordens...
Reações deReações de Ordem ZeroOrdem Zero
...
2 NH2 NH33 (g)(g)  NN22 (g)(g) + 3 H+ 3 H22 (g)(g)
DQOI - UFC
 A velocidadevelocidade queque nãonão dependedepende dada concentraçãoconcentração é tida como de ordemordem zerozero..
20
V = K

21. Prof. Nunes
1) Uma vez que as ordensordens dede reaçãoreação sãosão conhecidosconhecidos, os dadosdados experimentaisexperimentais
devemdevem serser usadosusados ​​​​parapara determinardeterminar oo valorvalor dede kk para uma reação em
condições adequadas.
2) O valorvalor dede kk queque determinamosdeterminamos éé dede umauma reaçãoreação específicaespecífica, representado
por uma equação balanceada.
Constante KConstante K –– Pontos ImportantesPontos Importantes
DQOI - UFC
3) As unidadesunidades dede kk dependemdependem dada ordemordem globalglobal dada reaçãoreação.
4) O valor de kk nãonão variavaria comcom asas concentraçõesconcentrações dede reagentesreagentes ouou
ouou produtosprodutos.
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22. Prof. Nunes
5) O valor de kk nãonão mudamuda comcom oo tempotempo.
6) O valorvalor dede kk refere-se a uma reação a uma temperatura específica e
variavaria somentesomente sese aa temperaturatemperatura variarvariar.
Constante KConstante K –– Pontos ImportantesPontos Importantes
DQOI - UFC
7) O valorvalor dede kk éé dependentedependente do fato de um catalisadorcatalisador estáestá presentepresente ouou nãonão.
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23. Prof. Nunes
 Podemos usar o métodométodo dasdas velocidadesvelocidades iniciaisiniciais parapara deduzirdeduzir aa leilei dede
velocidadevelocidade experimentalmenteexperimentalmente..
 Normalmente conhecemos as concentrações de todos os reagentes no início
da reação. PodemosPodemos, então, medirmedir aa velocidadevelocidade inicialinicial dada reaçãoreação
correspondente a estas concentrações iniciais.
Constante KConstante K –– Determinação ExperimentalDeterminação Experimental
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V = K [A]V = K [A]xx . [B]. [B]yy
V = K [A]V = K [A]xx . [B]. [B]11

24. Prof. Nunes
 Podemos usar o métodométodo dasdas velocidadesvelocidades iniciaisiniciais parapara deduzirdeduzir aa leilei dede
velocidadevelocidade experimentalmenteexperimentalmente..
 Normalmente conhecemos as concentrações de todos os reagentes no início
da reação. PodemosPodemos, então, medirmedir aa velocidadevelocidade inicialinicial dada reaçãoreação
correspondente a estas concentrações iniciais.
Constante KConstante K –– Determinação ExperimentalDeterminação Experimental
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V = K [A]V = K [A]xx . [B]. [B]11
V = K [A]V = K [A]11 . [B]. [B]11

25. Prof. Nunes
Considerando os dados a seguir, determinedetermine aa expressãoexpressão dada leilei dede velocidadevelocidade e
o valor da constanteconstante dede velocidadevelocidade para a reação
Constante KConstante K –– Determinação ExperimentalDeterminação Experimental
DQOI - UFC25
V = K [A]V = K [A]22 . [B]. [B]00 .. [C][C]11
KK = 3.0= 3.0 x 10x 10--44 MM--22 minmin--11

26. Prof. Nunes
 Quanto ozônio estará presente em uma região da atmosfera em dezembro?
 Quanto SO3 pode ser produzido em uma hora?
 Estas questões podem ser respondidas usando a LeiLei dede VelocidadeVelocidade IntegradaIntegrada
 umauma fórmulafórmula queque dádá aa concentraçãoconcentração dede reagentesreagentes (ou(ou produtos)produtos) emem
Concentração versusConcentração versus TempoTempo
DQOI - UFC
 umauma fórmulafórmula queque dádá aa concentraçãoconcentração dede reagentesreagentes (ou(ou produtos)produtos) emem
qualquerqualquer tempotempo apósapós oo inícioinício dada reaçãoreação..
 ssee aa concentraçãoconcentração inicialinicial dede reagentesreagentes éé conhecida,conhecida, podemospodemos predizerpredizer
aa concentraçãoconcentração dodo reagentereagente remanescenteremanescente apósapós umum dadodado tempotempo.
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27. Prof. Nunes
Para reaçõesreações dede 11aa ordemordem, aa concentraçãoconcentração dodo reagentereagente remanescenteremanescente apósapós
umum dadodado intervalointervalo dede tempotempo podepode serser obtidaobtida pelapela seguinteseguinte equaçãoequação::
Velocidade Integrada de 1ª OrdemVelocidade Integrada de 1ª Ordem
[A][A]tt == [A][A]00 .. ee -- k . tk . t
DQOI - UFC27
[A]t = concentração molar de A no tempo t
[A]0 = concentração molar inicial de A
K = constante da reação
t = tempo de reação

28. Prof. Nunes
Velocidade Integrada de 1ª OrdemVelocidade Integrada de 1ª Ordem
[A][A]tt == [A][A]00 .. ee -- k . tk . t
Note que quantoNote que quanto maior Kmaior K  maismais
rápido o decaimentorápido o decaimento..
DQOI - UFC28

29. Prof. Nunes
Propriedades LogarítmicasPropriedades Logarítmicas
ln aa . bb = lnln aa + lnln bb
ln aa / bb = lnln aa - lnln bb
DQOI - UFC29
ln eexx = xx
ln XX--yy = -- yy . lnln XX

30. Prof. Nunes
Lei de Velocidade IntegradaLei de Velocidade Integrada
[A]t = [A]0 . e- k. t
lnln [A]t = lnln [A]0 + lnln (e(e-- k . tk . t))
lnln [A] = lnln [A] + ((-- k . t )k . t )
lnlnlnln
DQOI - UFC30
lnln [A]t = lnln [A]0 + ((-- k . t )k . t )
lnln [A]t = lnln [A]0 -- kk . t
equação de uma retaequação de uma reta
y = ax + b
coeficiente angular da retacoeficiente angular da reta

31. Prof. Nunes
Medindo uma Constante de VelocidadeMedindo uma Constante de Velocidade
Quando o ciclopropano é aquecido a 500 oC, ele converte-se em propeno. Os
seguintes dados foram obtidos experimentalmente. DetermineDetermine aa contantecontante dede
velocidadevelocidade dada reaçãoreação..
tempo [C2H6]
0 1,50 x 10-3
5 1,24 x 10-3
ln [C2H6]
- 6,50
- 6,69
DQOI - UFC31
5 1,24 x 10
10 1,00 x 10-3
15 0,83 x 10-3
- 6,69
- 6,91
- 7,09
CoefCoef. da reta = K. da reta = K = (= ( -- 7,02)7,02) –– (( -- 6,56)6,56)
= 13,3= 13,3 –– 1,71,7
KK = 0,040= 0,040 1/min1/min

32. Prof. Nunes
Tempo de MeiaTempo de Meia--VidaVida
É o tempotempo necessário para sua concentraçãoconcentração caircair aa metademetade dede seuseu valorvalor
inicialinicial.
DQOI - UFC32
t ½ Hgt ½ Hg++++ no sangue humano é de 6 dias6 dias antes de ser excretado.

33. Prof. Nunes
Tempo de MeiaTempo de Meia--VidaVida
DQOI - UFC33

34. Prof. Nunes
Tempo de MeiaTempo de Meia--VidaVida
A meia vidameia vida de uma reação de 1reação de 1aa ordemordem está relacionada a Krelacionada a K.
Quanto maior for K
DQOI - UFC34
Mais rápido o consumo do reagente
Mais curto o t ½

35. Prof. Nunes
Tempo de MeiaTempo de Meia--VidaVida
lnln [A]t = lnln [A]0 - k . t
lnln [A]t - lnln [A]0 = - k . t
lnln [A]t / [A]0 = - k . t
t1/2 = ln 2
DQOI - UFC35
Quando t = t ½
[A]t1/2 = [A]0 / 2
[A]t1/2 / [A]0 = 1/2
lnln ½ = - k . t1/2
lnln 2 = k . t1/2
t1/2 = ln 2
K
KK tt1/21/2

36. Prof. Nunes
ExercitandoExercitando
Um composto A decompõe-se para formar B e C em uma reação que é de
primeira ordem com relação a A e de primeira ordem global. A 25 °C, a
velocidade específica constante para a reação é 0,0450 s-1. Qual é o tempo de
meia-vida de A a 25 °C?
DQOI - UFC36

37. Prof. Nunes
ExercitandoExercitando
A reação 22 NN22OO55(g)(g)  22 NN22OO44(g)(g) ++ OO22(g(g)) obedece a lei de velocidade = kk [N[N22OO55]], em
que a constante de velocidade específica é 00,,0084000840 ss--11 a uma determinada
temperatura.
a) Se 2,50 moles de N2O5 foram colocados em um recipiente de 5,00 litros a
essa temperatura, quantos moles de N2O5 permaneceram após 1,00
minutos?
b) Quanto tempo seria necessário para que 90% do N2O5 reaja?
DQOI - UFC37
b) Quanto tempo seria necessário para que 90% do N2O5 reaja?

38. Prof. Nunes
ExercitandoExercitando
22 NN22OO55(g)(g)  22 NN22OO44(g)(g) ++ OO22(g(g)) V= kk [N[N22OO55]] K = 00,,0084000840 ss--11
DQOI - UFC38

39. Prof. Nunes
ExercitandoExercitando
22 NN22OO55(g)(g)  22 NN22OO44(g)(g) ++ OO22(g(g)) V= kk [N[N22OO55]] K = 00,,0084000840 ss--11
DQOI - UFC39

40. Prof. Nunes
ExercícioExercício
Um poluentepoluente escapou em um local para piquenique. Estudos mostraram que o
poluente decai por uma reação de primeira ordem com K = 3,8 x 10-3 /h.
DQOI - UFC40
a) Calcule o tempo necessário para a concentração cair à metade do valor inicial.
b) Calcule o tempo necessário para a concentração cair à 1/4 do valor inicial.

42. Olá colegas professores e caros estudantes, este aplicativo computacional pode ser
acessado gratuitamente no endereço:
http://www.quimica.ufc.br/cinética
Peço-lhes a gentileza de avaliarem
o aplicativo respondendo a um
questionário objetivo com apenas
poucas questões.
Vossa opinião será fundamentalVossa opinião será fundamental
para a melhoria do aplicativo e
para a criação de outros títulos.
Outros títulos são disponibilizados
gratuitamente em:
http://www.quimica.ufc.br/gdfceq
Prof. NunesProf. Nunes