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A cinética é o ramo da físico-química que estuda a taxa das reações químicas. Em contraste, a termodinâmica nos diz qual direção da reação é favorecida, sem revelar a sua taxa de reação. Algumas reações podem ser favorecidas termodinamicamente, mas cineticamente desfavorecidas.

Por exemplo, na conversão de diamante em grafite, a grafite tem uma energia livre menor que o diamante, portanto a conversão é favorecida termodinamicamente. No entanto, existe uma grande barreira de ativação para o diamante quebrar e reformar todas as ligações para a configuração de grafite mais estável, portanto esta reação é cineticamente desfavorecida e não ocorrerá de fato.

Taxa de reação

Taxa de reação

A taxa de reação é uma medida da rapidez com que os produtos são formados e os reagentes são consumidos, portanto, você pode determiná-la medindo a mudança na concentração de produtos ou reagentes, ao longo de um período de tempo. Considere uma reação química geral:

aA + bB ———————–> cC + dD

A taxa de reação pode ser escrita como:

Modificado em https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_Physical_and_Theoretical_Chemistry/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs/Measuring_Reaction_Rates

Por exemplo, a taxa de reação para:

2 NO(g) + 2 H2 (g) ———————> N2(g) + 2 H2O(g)

é dado por

Adaptado de https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_Physical_and_Theoretical_Chemistry/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs/Measuring_Reaction_Rates

Para determinar a taxa desta reação por experimento, você pode medir a concentração de H2 em diferentes momentos da reação e representá-la em função do tempo da seguinte forma:

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A taxa média de reação é uma aproximação da taxa de reação em um intervalo de tempo e pode ser denotado por:

Modificado em https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate

A taxa instantânea de reação é definido como a taxa de reação em algum instante no tempo. É uma taxa diferencial e pode ser expressa por:

Modificado em https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate

Onde d[H2]/dt é a inclinação da curva de concentração de H2 versus tempo no tempo t.

A taxa inicial de reação é a taxa instantânea no início da reação, quando t =0. Neste caso, a unidade pois a taxa de reação média, instantânea e inicial é M/s.

Lei de Taxas

Lei de Taxas

Na maioria dos casos, a taxa de reação depende da concentração dos vários reagentes no tempo t. Por exemplo, numa concentração mais elevada de todos os reagentes, os reagentes colidem com mais frequência e resultam numa reacção mais rápida. A relação entre a taxa de reação ν(t) e as concentrações é definida como a lei da taxa . E a lei da taxa para a reação química geral aA + bB —————> cC + dD é:

Modificado em https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Ancillary_Materials/Laboratory_Experiments/Wet_Lab_Experiments/General_Chemistry_Labs/Online_Chemistry_Lab_Manual/Chem_12_Experiments/01%3A_Chemical_Kinetics_-_The_Method_of_Initial_Rates_Experiment

Onde k é a constante de taxa e as potências x e y são a ordem da reação em relação aos reagentes A e B. A lei da taxa deve ser determinada experimentalmente e não pode ser deduzida apenas da estequiometria de uma reação química equilibrada.

Método de Taxas Iniciais

Método de Taxas Iniciais

A lei tarifária pode ser determinada pelo método das taxas iniciais . Neste método, o experimento é realizado várias vezes, alterando apenas a concentração de um reagente para cada corrida, enquanto mantém as outras variáveis ​​constantes. A taxa da reação é medida para cada corrida para determinar a ordem de cada reagente na lei de taxas.

Por exemplo, considere os seguintes dados de velocidade inicial para a reação:

2 NO(g) + 2 H2 (g) ———————> N2(g) + 2 H2O(g)

Adaptado de https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html

Para as tentativas 1 e 3, a concentração de NO é mantida constante enquanto a concentração de H2 é duplicada. Como resultado, a taxa inicial de reação também dobrou (pense nisso como 21), então você pode concluir que y =1. Para as tentativas 1 e 2, a concentração de NO é duplicada enquanto a concentração de H2 permanece constante. O resultado desta mudança é que a taxa inicial quadruplicou (pense nela como 22). Você pode, portanto, concluir x =2.

A lei de velocidade para esta reação é, portanto:

Adaptado de https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html

E a reação é de primeira ordem em H2 e segunda ordem em NÃO.