Cinética Química

1. Objetivo

Determinar a constante de velocidade e o tempo de meia-vida da decomposição do Peróxido de Hidrogênio, reação de primeira ordem.

2. Introdução

A Cinética Química é o estudo das velocidades das reações químicas. Nela é introduzida a variável tempo nas transformações físico-químicas. Enquanto que na termodinâmica determina-se a variação das propriedades de um sistema quando este passa de um estado de equilíbrio para outro, na cinética se estabelece o tempo necessário para que a transformação ocorra. A cinética química está baseada em processos químicos experimentais, que são modelados matematicamente por meio de equações diferenciais. O método consiste em montar a equação diferencial que retrata um determinado fenômeno e resolvê-la, obtendo-se assim a função que representa, explicitamente, a variação da concentração dos reagentes com o passar do tempo.

Reação de Primeira Ordem:

Uma reação de primeira ordem é aquela na qual a velocidade é diretamente proporcional à concentração do reagente. Para uma reação monomolecular, irreversível, de primeira ordem, ocorrendo a volume constante, do tipo A→ produtos, tem-se: aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa

Trata-se de uma reação de 1ª ordem, pois a concentração do reagente A encontra-se elevada ao expoente 1. Nesta equação, representa a velocidade de decomposição de A. Verifica-se que a constante de velocidade k para as reações de primeira ordem tem unidades de [tempo-1].

Decomposição do Peróxido de Hidrogênio:

A reação de decomposição do peróxido de hidrogênio em solução aquosa, H2O2 (aq)  H2O(l) + ½ O2(g) é caracterizada como uma reação de primeira ordem mesmo em concentrações relativamente baixas dessa substância.

Essa decomposição pode ser considerada lenta. Por exemplo: para o produto comercial tem-se que o seu tempo de consumo t90, o tempo necessário para a concentração do peróxido cair de um décimo da concentração inicial (nas condições recomendadas de estoque), é de 3,5 meses (105 dias). Ou seja,

k = 1 ln 0,9  k = 1,00x10-3 dias -1

t90

t½ = ln2  t ½ = 691 dias

k

Aproximadamente dois anos antes da concentração do reagente cair para metade de sua concentração inicial.

Entretanto, a adição de um ácido de Lewis, como o cloreto de ferro III, á solução de peróxido de hidrogênio, proporciona um caminho alternativo de decomposição muito mais rápido que o anterior. Ao final do processo, o ácido de Lewis pode ser recuperado com a mesma concentração original, logo, ele é um catalizador.

O processo de decomposição de peróxido de hidrogênio na presença de um ácido de Lewis é independentemente da concentração, um inequívoco fenômeno de primeira ordem, sendo este processo uma decomposição de primeira ordem, tem-se:

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