12: Cinética
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A cinética química é o estudo das taxas de processos químicos e inclui investigações de como diferentes condições experimentais podem influenciar a velocidade de uma reação química e produzir informações sobre o mecanismo da reação e os estados de transição, bem como a construção de modelos matemáticos que podem descrever as características de uma reação química.
- 12.1: Introdução
- O estudo da cinética química diz respeito à taxa na qual uma reação produz produtos e aos meios em escala molecular pelos quais uma reação ocorre. Neste capítulo, examinaremos os fatores que influenciam as taxas de reações químicas, os mecanismos pelos quais as reações ocorrem e as técnicas quantitativas usadas para determinar e descrever a taxa na qual as reações ocorrem.
- 12.2: Taxas de reação química
- A taxa de uma reação pode ser expressa em termos da diminuição da quantidade de um reagente ou do aumento na quantidade de um produto por unidade de tempo. As relações entre diferentes expressões de taxa para uma determinada reação são derivadas diretamente dos coeficientes estequiométricos da equação que representa a reação.
- 12.3: Fatores que afetam as taxas de reação
- A taxa de uma reação química é afetada por vários parâmetros. As reações envolvendo duas fases ocorrem mais rapidamente quando há maior contato com a área de superfície. Se a temperatura ou a concentração do reagente aumentarem, a taxa de uma determinada reação geralmente também aumenta. Um catalisador pode aumentar a taxa de uma reação fornecendo uma via alternativa que faz com que a energia de ativação da reação diminua.
- 12.4: Leis tarifárias
- As leis de taxas fornecem uma descrição matemática de como as mudanças na quantidade de uma substância afetam a taxa de uma reação química. As leis de taxas são determinadas experimentalmente e não podem ser previstas pela estequiometria de reação. A ordem da reação descreve o quanto uma mudança na quantidade de cada substância afeta a taxa geral, e a ordem geral de uma reação é a soma das ordens de cada substância presente na reação.
- 12.5: Leis tarifárias integradas
- As leis de taxa diferencial podem ser determinadas pelo método das taxas iniciais ou por outros métodos. Medimos os valores das taxas iniciais de uma reação em diferentes concentrações dos reagentes. A partir dessas medições, determinamos a ordem da reação em cada reagente. As leis de taxas integradas são determinadas pela integração das leis de taxa diferencial correspondentes. As constantes de taxa para essas leis de taxa são determinadas a partir de medições de concentração em vários momentos durante uma reação.
- 12.6: Teoria da colisão
- As reações químicas requerem colisões entre espécies reagentes. Essas colisões de reagentes devem ter orientação adequada e energia suficiente para resultar na formação do produto. A teoria da colisão fornece uma explicação simples, mas eficaz, para o efeito de muitos parâmetros experimentais nas taxas de reação. A equação de Arrhenius descreve a relação entre a constante de taxa de uma reação e sua energia de ativação, temperatura e dependência da orientação da colisão.
- 12.7: Mecanismos de reação
- A sequência de etapas individuais, ou reações elementares, pelas quais os reagentes são convertidos em produtos durante o curso de uma reação é chamada de mecanismo de reação. A taxa geral de uma reação é determinada pela taxa da etapa mais lenta, chamada de etapa determinante da taxa. As reações elementares unimoleculares têm leis de taxa de primeira ordem, enquanto as reações elementares bimoleculares têm leis de taxa de segunda ordem.
- 12.8: Catálise
- Os catalisadores afetam a taxa de uma reação química alterando seu mecanismo para fornecer uma menor energia de ativação. Os catalisadores podem ser homogêneos (na mesma fase dos reagentes) ou heterogêneos (uma fase diferente dos reagentes).
- 12.12: Exercícios
- Estes são exercícios de lição de casa para acompanhar o mapa de texto criado para “Química” pela OpenStax. Bancos de perguntas complementares de Química Geral podem ser encontrados em outros mapas de texto e podem ser acessados aqui. Além dessas perguntas publicamente disponíveis, o acesso ao banco de problemas privado para uso em exames e trabalhos de casa está disponível para o corpo docente apenas individualmente; entre em contato com Delmar Larsen para obter uma conta com permissão de acesso.
Miniatura: Frequência de colisões moleculares. (Domínio público; Sadi Carnot via Wikipedia)