Cinética Química: velocidade de reação

Cinética é a parte da Química que se ocupa do estudo das velocidades das reações do diversos tipos de reação  e dos fatores que a influenciam. Dada a seguinte equação genérica:

a A  +  b B  ®   c C  +  d D

A velocidade da reação pode ser calculada em função do consumo de qualquer dos reagentes ou da formação de qualquer um dos produtos. Como a concentração dos reagentes diminui com o passar da reação, a velocidade em função dos mesmos tem sinal negativo. Como os produtos tem sua concentração aumentada com o passar da reação, a velocidade em função dos mesmos tem sinal positivo.

V_{média de consumo de A} =  - d[A] / dt

V_{média de consumo de B} =  - d[B] / dt

V_{média de formação de C} =   d[C] / dt

V_{média de formação de D} =   d[D] / dt

Dividindo a velocidade pelo devido coeficiente de cada um dos participantes da reação e multiplicando as velocidades negativas por -1 e simplificando o d de derivada por D de variação, obtemos a expressão para a velocidade média da reação.

vmédia da reação =   D[A]  ———   a·Dt  =    D[B]   ———    b·Dt  =   D[C]  ———   c·Dt  =   D[D]  ———   d·Dt

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Exemplo 1

(UFRN) O processo Harber é um importante processo industrial para produzir amônia, conforme a reação:

1 N_2(g)   +   3 H_2(g)   ®    2 NH_3(g)

Colocados num reator, nitrogênio e hidrogênio, obtiveram-se os seguintes dados em minutos e concentração em mols/litro:

Dt (min.)	[ N2 ]	[ H2 ]	[ NH3 ]
0	0,50	1,50	-
10	0,45	1,35	0,10

Calculando-se a velocidade em função de NH₃, N₂ e H₂ e a velocidade média da reação, quais seriam os valores determinados?

velocidade da reação em função do NH₃

V = D[ NH₃ ] / Dt

V = 0,10 - 0 / 10 - 0

V = 0,10 / 10 = 0,010 mol/L.min    que é a velocidade em relação ao NH₃ (formação: sinal +)

velocidade da reação em função do N₂

V = D[ N₂ ] / Dt

V = 0,45 - 0,50 / 10 - 0

V = - 0,05 / 10 = 0,005 mol/L.min    que é a velocidade em relação ao N₂ (consumo: sinal -)

velocidade da reação em função do H₂

V = D[ H₂ ] / Dt

V = 1,35 - 1,50 / 10 - 0

V = - 0,155 / 10 = 0,015 mol/L.min    que é a velocidade em relação ao H₂ (consumo: sinal -)

velocidade média da reação

considerando sinal negativo para velocidade de consumo e dividindo-se cada velocidade pelo coeficiente da substância na reação...

V = -D[ N₂ ] / 1 Dt = -D[ H₂ ] / 3 Dt = D[ NH₃ ] / 2 Dt

desconsiderando os sinais negativos...

V _média = 0,005 / 1 = 0,015 / 3 = 0,010 / 2

V _média = 0,005 mol/ L.min    que é a velocidade média da reação

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Exemplo 2

(PUC - PR)  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

Qual a velocidade média da revelação, no intervalo de tempo de 7 a 10 minutos ?

Como o problema não dá o volume da solução, a velocidade deve ser calculada em função da diminuição do número de moles do revelador.

V _média = Dn / Dt

V _média = 18 - 22 / 10 - 7

V _média = - 4 / 3

V _média = - 1,33 mol de revelador / minuto       velocidade negativa: consumo de mols do revelador