AULA QUÍMICA BÁSICA - 13/04 - CURSO E COLÉGIO ALFA UMUARAMA

CURSO E COLÉGIO ALFA DE UMUARAMA 13/04/13
PROF. João Valdir Miranda (JV)
AULA 01
QUÍMICA BÁSICA
HISTÓRICO DO ESTUDO DOS MODELOS ATÔMICOS
ESTUDO DO ÁTOMO

http://pt.scribd.com/doc/136147311/AULA-13-04-13-ALFA-MODELOS-ATOMICOS

CINÉTICA QUÍMICA

CINÉTICA QUÍMICA

Em uma ou outra ocasião, quem não desejou que transformações tais como o estrago de alimentos, a queima de velas, o rachamento e o descascamento de pinturas e a ferrugem da lataria dos automóveis ocorressem um pouco mais lentamente? E quem já não desejou que a cicatrização de feridas, o cozimento de batatas, o endurecimento do concreto, o crescimento de plantas e a desintegração de plásticos e outros objetos jogados no lixo ocorressem mais rapidamente? As velocidades das reações químicas podem ser extremamente lentas ou extremamente rápidas. O estudo dos fatores que influenciam as velocidades das reações tem aplicações práticas óbvias. Além disso, este estudo fornece informações valiosas de como as reações químicas ocorrem na realidade.

            A cinética química é o estudo das velocidades e mecanismos das reações químicas. A velocidade de uma reação é a medida da rapidez com que se formam os produtos e se consomem os reagentes. O mecanismo de uma reação consiste na descrição detalhada da seqüência de etapas individuais que conduzem os reagentes aos produtos. A equação simplificada para uma reação não exibe essas etapas, mostrando apenas a modificação global, resultado final de todas as etapas que participam do mecanismo. Muito do que conhecemos sobre os mecanismos das reações provém do estudo das velocidades de reação e de como são influenciadas por vários fatores. Em geral, a velocidade de uma reação é determinada: (1) pelas propriedades dos reagentes, (2) pelas concentrações dos reagentes e (3) pela temperatura. A velocidade pode ser influenciada, ainda: (4) pelas concentrações de outras substâncias que não são os reagentes e (5) pelas áreas das superfícies em contato com os reagentes.

            Neste capítulo introduzimos um novo símbolo, os colchetes [ ], que indicarão a concentração da espécie que está representada no seu interior. Esta é uma convenção usual e significa: concentração molar, a menos que uma outra unidade seja especificada. Assim, por exemplo, "a concentração molar dos íons sódio” será escrita [Na⁺].

VELOCIDADES DE REAÇÃO E MECANISMOS: UMA RAPIDA INTRODUÇÃO

O SIGNIFICADO DE VELOCIDADE

            A velocidade de reação mede quão rapidamente um reagente é consumido ou um produto é formado, durante a reação. Para ver como as velocidades de reação podem ser descritas quantativamente, considere a reação hipotética, homogênea (em fase única):

A + B       -->    C + D

Admita que A e B são misturados no tempo t = 0 e que a concentração inicial de A é 10,00 mol/L. Com a ocorrência da reação, [A] decresce, como é mostrado pela curva da Figura 13.1. Expressar a velocidade da reação numericamente não é fácil, pois a velocidade com que os reagentes são consumidos (e os produtos são formados) varia constantemente. Diante desta dificuldade, como poderemos expressar a velocidade? Uma solução para o problema é considerar a velocidade média de desaparecimento de A (decréscimo de sua concentração) num certo intervalo de tempo. A tabela seguinte mostra [A] num intervalo de 2 min (os pontos da tabela estão representados no gráfico da Figura):

Tempo, min	[A] mol/L
0,0	10,00
2,0	6,69
4,0	4,48
6,0	3,00
8,0	2,00
10,0	1,34
12,0	0,90
14,0	0,60
16,0	0,40

            A velocidade média de desaparecimento de A durante o intervalo de tempo, t₁ a t₂ é definida como a variação da concentração de A, Δ[A], dividida pelo correspondente intervalo de tempo, Δt, ou

                                              Velocidade Média = [A]2 - [A]1 /t2-t1

Costuma-se expressar a velocidade da reação como um número positivo, por este motivo, o sinal de menos antecede a fração. No intervalo de t = 0,0 a t = 16,0, a concentração de A decresce de 10,00 mol/L a 0,40 mol/L e a velocidade média correspondente a estes 16 min é:

                                              Velocidade Média = 0,40 - 0,10 / 16 - 0

                                              Velocidade Média = 0,60 mol/L.min

VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO QUÍMICA

A velocidade de uma reação é expressa como a taxa de desaparecimento dos reagentes ou de aparecimento dos produtos. Embora estas taxas sejam proporcionais, não são necessariamente iguais. No exemplo a seguir, considere a reação hipotética:

                                                             A + 2B       ---->   3C + 4D

Observação: A interpretação adequada da expressão d/dt é importante. O significado desta expressão é, simplesmente, uma taxa de variação com o tempo. Observe, em particular, que a letra d não é um símbolo algébrico; em outras palavras, dt não significa "d vezes t", nem d/dt significa "d dividido por dt".

A expressão velocidade de reação é vaga, a não ser que se especifique a taxa de variação. Assim, a velocidade pode ser dada por qualquer uma das seguintes expressões:

Dada a equação Química GENÉRICA

                                                           aA + bB ---> cC + dD

Expressões: 

- d[A]/dt                                    - d[B]/dt                               d[C]/dt                       d[D]/dt

onde expressões negativas indicam decréscimo de um determinado componente, ou seja, consumo do reagente.

MECANISMOS DE REAÇÕES

O SIGNIFICADODE MECANISMO

            A maioria das reações não ocorre em uma única etapa, como descrita pela equação simplificada, mas em uma série de etapas. Às vezes estas etapas se ordenam em uma seqüência simples, enquanto em outros casos se relacionam de uma maneira mais complexa. As etapas que conduzem os reagentes aos produtos e a relação entre estas etapas constituem o mecanismo da reação. Observação: os mecanismos só podem ser determinados experimentalmente.

            Por exemplo, uma reação que ocorre por um simples mecanismo de duas etapas, em fase gasosa e homogênea, é a reação do mono cloreto de iodo com hidrogênio:

---

                                   2ICl(g) + H₂(g)    ----->     2HCl(g) + I₂(g)                    (equação simplificada)

            O mecanismo desta reação, encontrado experimentalmente, é:

                                               Etapa 1:          ICl + H₂       ----->       HI + HCl

                                               Etapa 2:          ICl + HI         ------>      I₂ + HCl

            A primeira etapa deste mecanismo consiste na colisão das moléculas de ICl com as de H₂. Elas reagem para formar uma molécula de li e uma molécula de HCl. Na etapa 2, a molécula de HI colide e reage com uma segunda molécula de ICl, formando uma molécula de I₂ e uma segunda molécula de HCl. A transformação completa é descrita pela equação global, que pode ser obtida pela adição das equações correspondentes às duas etapas.

OBSERVAÇÃO: Uma questão não muito óbvia é que, apesar de dizermos que a etapa 1 do mecanismo precede a etapa 2, na realidade ambas ocorrem simultaneamente na mistura reagente. Esta aparente contradição é desfeita quando consideramos um grande conjunto de moléculas de ICl e H₂. Não seria razoável supor que todas as "colisões da etapa 2" ocorressem somente após a realização de todas as "colisões da etapa 1". É verdade que as "colisões da etapa 2" não ocorrem enquanto não se forma uma molécula de HI na etapa 1, mas, após a mistura inicial de ICl e H₂, muitas "colisões da etapa 2" ocorrerão antes que todas as moléculas de H₂ se esgotem na etapa 1.

EXERCÍCIOS

01) 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 um
determinado filme, usando um revelador D-76.
nº de mols do revelador                           tempo de revelação (min)
                  24                                                           6
                  22                                                           7
                  21                                                           8
                  20                                                           9
                  18                                                         10
A velocidade média (vm) de revelação, no intervalo de tempo de 7 min a 10 min, é:
a) 3,14 mols de revelador / min.
b) 2,62 mols de revelador / min.
c) 1,80 mols de revelador / min.
d) 1,33 mols de revelador / min.
e) 0,70 mol de revelador / min.

02) A decomposição da água oxigenada em determinadas condições experimentais produz 3,2 g de
oxigênio por minuto. A velocidade de decomposição do peróxido em mol/min é:
Dado: O = 16 u.
a) 0,05.
b) 0,10.
c) 0,20.
d) 1,70.
e) 3,40.


03) Com relação à reação: 2 A + 3 B -----> 2 C + D podemos afirmar que:
a) os reagentes (A e B) são consumidos com a mesma velocidade.
b) a velocidade de desaparecimento de A é igual à velocidade de aparecimento de C.
c) a velocidade de aparecimento de D é três vezes maior que a velocidade de desaparecimento de B.
d) os produtos (C e D) são formados com a mesma velocidade.
e) a velocidade de desaparecimento de A é a metade da velocidade de aparecimento de D.


04) A velocidade média da reação N2 + 3 H2 ----> 2 NH3 vale 2 mols/min. A velocidade média em função do
hidrogênio vale:
a) 6 mols / min.
b) 3 mols / min.
c) 2 mols / min.
d) 0,5 mols / min.
e) 5 mols / min.


05) A formação do dióxido de carbono (CO2) pode ser representada pela equação:
C(s) + O2(g) CO2(g)
Se a velocidade de formação do CO2(g) for de 4 mol/min, o consumo de oxigênio, em mol/min, será:
a) 8.
b) 16.
c) 2.
d) 12.
e) 4.

06) Numa reação completa de combustão, foi consumido, em 5 minutos, 0,25 mol de metano,
que foi transformado em CO2 e H2O. A velocidade da reação será:
a) 0,80 mol/min.
b) 0,40 mol/min.
c) 0,05 mol/min.
d) 0,60 mol/min.
e) 0,30 mol/min.

07) A combustão da gasolina pode ser equacionada por C8H18 + O2 ---->  CO2 + H2O
(equação não-balanceada). Considere que após uma hora e meia de reação foram produzidos 36 mols
de CO2. Dessa forma, a velocidade de reação, expressa em número de mols de gasolina consumida por
minuto, é de:
a) 3,00 mol/min.
b) 4,50 mol/min.
c) 0,10 mol/min.
d) 0,40 mol/min.
e) 0,05 mol/min.

08) A amônia é produzida industrialmente a partir do gás nitrogênio (N2) e do gás hidrogênio
(H2), segundo a equação: N2(g) + 3 H2(g) ---> 2 NH3(g). Numa determinada experiência, a velocidade média
de consumo de gás hidrogênio foi de 120g por minuto. A velocidade de formação do gás amônia, nessa
experiência, em mols por minuto, será de:
a) 10.
b) 20.
c) 30.
d) 40.
e) 50.

09) Nas reações químicas, de um modo geral, aumenta-se a velocidade da reação por meio
da elevação de temperatura. Isto ocorre porque aumenta:
I. a velocidade média das moléculas reagentes.
II. a energia cinética média das moléculas dos reagentes.
III. a freqüência das colisões entre as moléculas.
Das afirmações acima são corretas:
a) I apenas.
b) II apenas.
c) III apenas.
d) I e III apenas.
e) I, II e III.

10) O que você faria para aumentar a velocidade de dissolução de um comprimido efervescente
em água?
I) Usaria água gelada.
II) Usaria água a temperatura ambiente.
III) Dissolveria o comprimido inteiro.
IV) Dissolveria o comprimido em 4 partes.
Assinale das alternativas abaixo a que responde corretamente à questão.
a) I e IV.
b) I e III.
c) III.
d) II e III.
e) II e IV.