Todas as reações químicas têm uma taxa específica, que define a rapidez com que os reagentes se transformam em produtos.as reacções químicas são regidas por dois factores: cinética e termodinâmica. Os fatores termodinâmicos explicam se uma reação ocorrerá ou não, e se ela absorve ou emite energia durante o processo.
cinética refere-se à taxa de uma reação química, e a velocidade em que o sistema atinge o equilíbrio., A cinética de uma reação é descrita pela lei da taxa cinética, que define a taxa baseada em uma constante da taxa de reação, a concentração de componentes e a ordem da reação.
Este vídeo irá introduzir cinética de reação usando a equação da lei da taxa, e irá demonstrar como determinar a lei da taxa para uma determinada reação no laboratório.
para uma reacção geral, a taxa de reacção é igual à taxa constante vezes as concentrações dos reagentes, cada um elevado a uma ordem de reacção. A constante de velocidade, k, é fixada para uma reação a uma dada temperatura.,as ordens de reação são independentes dos coeficientes estequiométricos. Em vez disso, eles são dependentes do mecanismo de reação, e ilustram como a taxa está relacionada com a concentração de reagentes. Por exemplo, se a taxa de reação é inalterada quando a concentração de “A” duplica, então a reação não depende da concentração, e a ordem é zero.
Se a taxa duplica quando a concentração do reagente “a” duplica, então a reação é a primeira ordem em relação a “A.”O mesmo comportamento é verdadeiro para o reagente “B”., A ordem geral de uma reação é a soma das ordens de reação individuais para cada reagente.
durante uma reacção, a concentração de reagentes muda com o tempo. Note que a equação de taxa básica não inclui o tempo como variável, e só pode relacionar taxa e concentração em um determinado ponto de tempo. No entanto, a taxa muda à medida que a reação prossegue e os reagentes são esgotados. Usando uma lei de taxa diferencial pode relacionar a mudança na concentração ao tempo.,
a lei de velocidade de uma reacção deve ser determinada experimentalmente, quando uma reacção química é cuidadosamente controlada a uma temperatura constante, e a concentração dos reagentes ou produtos é medida em intervalos de tempo específicos. Uma vez que as medições de concentração são feitas em pontos de tempo discretos, a lei da taxa diferencial é difícil de correlacionar com dados experimentais.
integrar a lei da taxa diferencial resulta em uma equação mais simples, chamada Lei da taxa integrada. A lei de taxa integrada compara as concentrações reagentes no início da reação e em um momento especificado.,
a equação da lei da taxa integrada varia dependendo da ordem da reação. Estas equações podem assumir a forma linear y=mx+b. Assim, um lote de concentração vs tempo produz uma trama linear para um zero a equação de ordem, um gráfico do logaritmo natural da concentração vs tempo produz uma trama linear para uma equação de primeira ordem, e assim por diante. Ao encaixar dados experimentais a estas equações, a ordem de uma reação pode ser facilmente determinada. A constante de velocidade, k, pode então ser determinada usando o declive da linha. Finalmente, as unidades de k variam dependendo da ordem da reação., Para uma reação de ordem zero, as unidades são moles por litro por segundo, para uma reação de primeira ordem, as unidades são segundos inversos e para uma reação de segunda ordem as unidades são litros por mole por segundo.
Agora que os fundamentos das leis de taxa cinética foram explicados, vamos dar uma olhada em como determinar experimentalmente a lei de taxa para a decomposição de peróxido de hidrogênio para água e oxigênio.
neste experimento, a decomposição catalítica de peróxido de hidrogênio sobre um catalisador de platina é explorada.em primeiro lugar, preparar 5 diluições de peróxido de hidrogénio, como indicado na tabela., Neste caso, as concentrações variam de 0,882-0,176 M, usando uma solução-mãe de 3% ou 0,882 M. Permitir que as soluções se equilibrem à temperatura ambiente.em seguida, preparar o recipiente de reacção utilizando um tubo de ensaio. Em primeiro lugar, determinar o volume enchendo um grande tubo de ensaio para o topo com água. Em seguida, insira uma tampa de borracha de 1 buraco até que seja apertada e a água empurre para fora do buraco através do topo.retire a rolha e despeje a água num cilindro graduado para medir o volume exacto. Este é o volume da nave de reacção.,em seguida, verter 50 mL da primeira solução de peróxido de hidrogénio para o tubo de ensaio e, em seguida, colocar o tubo no banho-maria a 25 °C. Após o equilíbrio, adicionar um disco de reacção revestido com platina e selar o sistema com uma rolha ligada a um sensor de pressão do gás.uma vez que um dos produtos é o gás oxigênio, o aumento da pressão no sistema é usado para medir o aumento do oxigênio. Configurar o sensor de pressão para adquirir dados em 2 pontos por s, em seguida, executar o experimento para 120 s. bolhas devem ser visíveis à medida que o peróxido se decompõe em gás de oxigênio e água. ,quando o período de reacção terminar, liberte a pressão e elimine a solução de peróxido. Enxaguar o tubo e, em seguida, encher o tubo com a próxima solução de peróxido de hidrogénio. Repetir a medição da pressão do gás para todas as soluções.plotar os dados de pressão versus tempo para cada solução. A pressão do oxigênio evoluído é diretamente proporcional aos moles de oxigênio formados de acordo com a lei do gás ideal. Após a reação química, os moles de oxigênio formados podem ser usados para calcular os moles de peróxido de hidrogênio decomposto., Em primeiro lugar, assumir que a concentração de peróxido de hidrogénio não se alterou significativamente durante a curta duração da experiência. Assim, os dados traçados representam apenas a região inicial da experiência cinética.
determina o declive de cada conjunto de dados utilizando uma regressão linear. A inclinação é igual à taxa de reação inicial em unidades de pressão de oxigênio por segundo.a seguir, traça o logótipo natural da taxa de reacção inicial versus o log natural da concentração inicial de peróxido. A inclinação é igual à ordem de reação, m, e é aproximadamente igual a um., Portanto, a reação é de primeira ordem.
A taxa para cada ensaio é em unidades de pressão em Torr, por segundo. Para determinar a constante de taxa, primeiro converta a taxa em unidades de atmosferas por segundo. Como as bolhas evoluíram na solução aquosa, subtrair a pressão de vapor da água da pressão do sistema para cada ensaio. A nova taxa então reflete apenas a pressão devida à evolução do oxigênio.
aplicar a lei do gás ideal para converter a taxa de atmosferas per se para moles per S para cada ensaio., Duas vezes os moles de oxigênio produzidos são iguais aos moles de peróxido de hidrogênio decompostos, de acordo com a estequiometria de reação química. Em seguida, use o volume de reação para converter as unidades da taxa para molaridade por segundo.
determina as constantes de taxa para cada ensaio dividindo a taxa em molaridade por s pela concentração inicial. Neste experimento, a constante de taxa média, k, é de aproximadamente 1,48 x 10-4 por S. A reação é de primeira ordem, conhecida a partir do log – natural log plot de log natural mostrado anteriormente. Portanto, a lei da taxa pode ser escrita como mostrado.,
Agora que você olhou para como determinar a lei de taxa para uma reação química, vamos olhar para algumas áreas onde este conceito é aplicado.as reacções químicas são utilizadas na síntese de compostos e materiais utilizados numa vasta gama de aplicações científicas. É importante compreender a taxa de reação nestes passos de síntese, a fim de controlar o progresso de uma reação.por exemplo, a síntese dos nanocristais e nanorods de seleneto de cádmio processa-se através de uma série de reacções químicas., Cada reação tem sua própria taxa de reação discreta, e, portanto, o passo de síntese é cuidadosamente controlado com base na velocidade de Conhecimento da reação; alguns lentos e alguns muito rápidos.
a lei da taxa de reação também pode ser usada para descrever o decaimento radioativo, e determinar a semi-vida do material radioativo. A semi-vida refere-se à quantidade de tempo necessária para que a concentração de um material caia para metade da sua concentração inicial.,a radioactividade segue a cinética de primeira ordem, o que significa que o tempo necessário para o material radioactivo decair para um nível seguro pode ser muito bem caracterizado, permitindo o transporte e armazenamento adequados de material radioactivo e de resíduos radioactivos.
Similar a materiais radioativos, as drogas também têm meia-vida e degradam-se no corpo. Por exemplo, algumas drogas têm constantes de alta taxa, o que significa que elas se degradam rapidamente, e devem ser tomadas com freqüência. O conhecimento desta taxa de degradação permite determinar a dosagem, a utilização e o método de entrega adequados.,acabou de ver a introdução de JoVE às taxas de reacção. Agora você deve entender as diferentes ordens de reações químicas, como elas se relacionam com as taxas de reação química, e como determinar a lei de taxa para uma determinada reação química no laboratório.Obrigado por assistir!