Pós-graduação
  1. Química Física  1.1. Termodinâmica  1.1.1. Leis da Termodinâmica  1.1.2. Entalpia e capacidade térmica  1.1.3. Entropia e energia livre  1.1.4. Equilíbrio de Fases  1.1.5. Termodinâmica estatística  1.1.6. Ciclo termodinâmico  1.1.7. Fugacidade e atividade  1.2. Química Quântica  1.2.1. Princípios da mecânica quântica  1.2.2. Equação de Schrödinger  1.2.3. Partícula em uma caixa  1.2.4. Operadores e autovalores  1.2.5. Orbitais atômicos  1.2.6. Teoria do orbital molecular  1.2.7. Teoria de Perturbação  1.2.8. Teoria de ligação de valência  1.2.9. Hibridização e ligação química  1.3. Cinética química  1.3.1. Leis de velocidade e mecanismos de reação  1.3.2. Teoria das colisões  1.3.3. Teoria do estado de transição  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reações em Cadeia e Polimerização  1.3.6. Reações fotoquímicas  1.4. Mecânica estatística  1.4.1. Funções de Partição  1.4.2. Funções de distribuição molecular  1.4.3. Distribuição de Boltzmann  1.4.4. Estatísticas de Bose–Einstein e Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopia  1.5.1. Rotational Spectroscopy  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopia Eletrônica  1.5.4. Espectroscopia de ressonância magnética nuclear  1.5.5. Espectrometria de Massa  1.5.6. Espectroscopia Raman  1.5.7. Espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica  1.6. Química de superfícies e coloidal  1.6.1. Isoterma de absorção  1.6.2. Tensão Superficial e Molhabilidade  1.6.3. Estabilidade Coloidal  1.6.4. Catalysis  1.6.5. Emulsões e micelas  1.7. Eletroquímica  1.7.1. Equação de Nernst  1.7.2. Células eletroquímicas  1.7.3. Condutividade e mobilidade  1.7.4. Guerra  1.7.5. Células de combustível  1.7.6. Eletrólise
  2. Química orgânica  2.1. Mecanismo de Reação  2.1.1. Reações de substituição nucleofílica  2.1.2. Reações de adição eletrofílica  2.1.3. Reações de eliminação  2.1.4. Reações de rearranjo  2.1.5. Reações radicais  2.1.6. Reações pericíclicas  2.2. Espectroscopia e determinação estrutural  2.2.1. Espectroscopia UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopia de RMN  2.2.4. Espectrometria de Massas  2.2.5. Cristalografia de Raios X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidade e atividade óptica  2.3.2. Análise estrutural  2.3.3. Isomerismo geométrico  2.3.4. Dynamic Stereochemistry  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reagentes organolítio e organomagnésio  2.4.2. Reações de acoplamento cruzado catalisadas por paládio  2.4.3. Complexos de Metais de Transição  2.4.4. Ligação metal-carbono  2.5. Química dos polímeros  2.5.1. Mecanismo de Polimerização  2.5.2. Características dos Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradável  2.5.4. Polímero condutor  2.5.5. Polímeros Supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Design e desenvolvimento de medicamentos  2.6.2. Farmacocinética e farmacodinâmica  2.6.3. Relações estrutura-atividade  2.6.4. Acoplamento Molecular e Triagem de Medicamentos
  3. Química inorgânica  3.1. Química de coordenação  3.1.1. Teoria do Campo Cristalino  3.1.2. Teoria do campo dos ligantes  3.1.3. Série Espectroquímica  3.1.4. Quelação e estabilidade  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalise por complexos organometálicos  3.2.3. Metalocènicos  3.3. Química bioinorgânica  3.3.1. Metaloproteínas e enzimas  3.3.2. O papel dos metais em sistemas biológicos  3.3.3. Transporte e armazenamento de íons metálicos  3.4. Química do estado sólido  3.4.1. Estruturas Cristalinas  3.4.2. Teoria de bandas dos sólidos  3.4.3. Supercondutores  3.4.4. Defeitos no cristal  3.5. Lantanídeos e Actinídeos  3.5.1. Configuração eletrônica em lantanídeos e actinídeos  3.5.2. Química de coordenação dos lantanídeos  3.5.3. Propriedades Magnéticas dos Lantanídeos
  4. Química Analítica  4.1. Cromatografia  4.1.1. Cromatografia Gasosa  4.1.2. Cromatografia Líquida de Alta Performance  4.1.3. Cromatografia em Camada Delgada  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopia de absorção atômica  4.2.2. Difração de raios X  4.2.3. Espectroscopia de plasma acoplado indutivamente  4.3. Métodos Eletroanalíticos  4.3.1. Potenciometria  4.3.2. Voltametria  4.3.3. Colometria  4.4. Espectrometria de Massa  4.4.1. Técnica de Ionização  4.4.2. Padrão de Fragmentação  4.5. Quimiometria  4.5.1. Análise multidisciplinar  4.5.2. Aprendizado de Máquina em Química
  5. Química Teórica e Computacional  5.1. Simulação de dinâmica molecular  5.1.1. Campos de força e minimização de energia  5.1.2. Simulação de Monte Carlo em simulações de dinâmica molecular  5.2. Métodos de química quântica  5.2.1. Teoria de Hartree–Fock  5.2.2. Teoria do funcional da densidade  5.2.3. Métodos semi-empíricos  5.3. Design computacional de medicamentos  5.3.1. Acoplamento Molecular  5.3.2. Modelagem QSAR  5.3.3. Triagem Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Cinética Enzimática  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inibição  6.2. Metabolismo e Bioenergética  6.2.1. Glicólise  6.2.2. Ciclo do ácido cítrico  6.2.3. Cadeia de transporte de elétrons  6.3. Biologia Molecular  6.3.1. Replicação e reparo do DNA  6.3.2. Síntese de proteínas  6.3.3. Regulação Genética  6.4. Bioquímica Estrutural  6.4.1. Dobramento de Proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
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Leis de velocidade e mecanismos de reação


A cinética química é um ramo da química física que estuda a velocidade ou taxa de ocorrência das reações químicas e os mecanismos pelos quais essas reações ocorrem. Dois conceitos fundamentais no estudo da cinética química são as leis de velocidade e os mecanismos de reação. Compreender esses conceitos fornece insights sobre a cinética das reações químicas e ajuda a controlar as condições para otimizar reações específicas. Nesta lição, exploraremos esses conceitos em profundidade usando linguagem simples e exemplos.

Leis de velocidade

A lei de velocidade de uma reação química é uma equação que relaciona a taxa da reação às concentrações dos reagentes. A lei de velocidade é determinada experimentalmente e pode ajudar a entender como as alterações nas condições afetam a velocidade da reação. É importante notar que a lei de velocidade não pode ser deduzida da estequiometria da reação global, mas sim determinada a partir de observações experimentais.

Forma geral da lei de velocidade

Para uma reação geral onde os reagentes A e B formam um produto, a lei de velocidade pode ser expressa como:

Taxa = k [A]^m [B]^n

Aqui:

  • Taxa é a taxa de reação.
  • k é a constante de velocidade, específica para a reação em uma determinada temperatura.
  • [A] é a concentração do reagente A
  • [B] é a concentração do reagente B
  • m e n são as ordens relativas de reação de A e B, respectivamente. Estas são determinadas experimentalmente.

Ordem de reação

A ordem de reação mostra a dependência da taxa em relação à concentração de cada reagente. Vamos examinar alguns cenários comuns:

  • Reações de ordem zero: A taxa é independente da concentração dos reagentes.
    A lei de velocidade é Taxa = k.
  • Reações de primeira ordem: A taxa é diretamente proporcional à concentração de um reagente.
    A lei de velocidade é Taxa = k [A].
  • Reações de segunda ordem: A taxa é proporcional ao quadrado da concentração de um reagente ou proporcional ao produto de dois reagentes.
    A lei de velocidade pode ser Taxa = k [A]^2 ou Taxa = k [A][B].

Lei de determinação de taxa

As leis de velocidade são tipicamente determinadas pelo método de taxas iniciais, que envolve a realização de uma série de experimentos para medir as taxas iniciais de reação em diferentes concentrações. Este método ajuda a estabelecer como a taxa de reação depende das concentrações dos reagentes.

Exemplo: Reação simples de decomposição

Considere uma reação simples de decomposição onde o composto X decompõe-se para formar Y:

X → Y

Suponha que dados experimentais mostrem que dobrar a concentração de X dobra a taxa de reação. Isso sugere uma reação de primeira ordem em relação a X, que é descrita pela lei de velocidade:

Taxa = k [X]

Mecanismo de reação

O mecanismo de reação fornece uma descrição detalhada das etapas através das quais os reagentes são transformados em produtos. Consiste em uma série de reações elementares, cada uma representando um único passo na reação global.

Reações elementares

Reações elementares são processos de etapa única com uma molecularidade definida, que indica o número de moléculas de reagentes envolvidas. Tipos comuns incluem:

  • Reações unimoleculares: Envolve uma molécula. Exemplo: A → Produtos
  • Reações bimoleculares: Envolve duas moléculas. Exemplo: A + B → Produtos
  • Reações termoleculares: Raramente envolvem mais de três moléculas. Exemplo: A + B + C → Produtos

Etapa de determinação de taxa

A etapa determinante da taxa é a etapa mais lenta do mecanismo de reação que determina a taxa global da reação. Compreender essa etapa é importante para propor um mecanismo de reação válido que esteja alinhado com a lei de velocidade observada.

Exemplo: Mecanismo de reação da decomposição de N2O5

Considere a decomposição do pentóxido de dinitrogênio (N2O5):

2 N2O5 → 4 NO2 + O2

Um possível mecanismo pode envolver as seguintes etapas:

  • Etapa 1: N2O5 → NO2 + NO3 (rápida)
  • Etapa 2: N2O5 + NO3 → 3 NO2 (lenta)

A segunda etapa é a mais lenta e, portanto, é a etapa determinante da taxa. A lei de velocidade correspondente a este mecanismo é:

Taxa = k [N2O5]

Representação gráfica do perfil de reação

Perfis de reação representam as mudanças de energia durante uma reação química. São ferramentas valiosas para entender as barreiras de energia associadas a cada etapa do mecanismo. Considere o exemplo a seguir:

Reagentes intermediário Produtos Estado de transição 1 Estado de transição 2 energia

Este perfil de reação representa um mecanismo de múltiplas etapas com dois estados de transição e um estado intermediário. O eixo vertical indica os níveis de energia, enquanto o eixo horizontal mostra as coordenadas da reação.

Validação experimental dos mecanismos

A validação experimental de um mecanismo de reação proposto envolve a comparação da lei de velocidade prevista com base no mecanismo com a lei de velocidade observada. A consistência entre os dois apoia o mecanismo, embora não possa provar conclusivamente sua validade devido à possível existência de mecanismos alternativos que dão a mesma lei de velocidade.

Exemplo: Processo de verificação

Para o mecanismo de N2O5 acima, suponha que experimentos determinem que a reação é de primeira ordem em relação a N2O5. O mecanismo proposto que prevê uma lei de velocidade de primeira ordem é, portanto, consistente e potencialmente válido.

Conclusão

Compreender as leis de velocidade e os mecanismos de reação é essencial na cinética química, pois fornecem insights importantes sobre a dinâmica das reações químicas. Ao realizar experimentos para determinar as leis de velocidade e propor mecanismos, os químicos podem prever e controlar como as reações prosseguem, permitindo a otimização de processos industriais e a síntese de produtos desejados de forma eficiente.

Através da determinação experimental e verificação das leis de velocidade e mecanismos, os químicos podem obter uma compreensão mais profunda da cinética de reação, o que contribui para o progresso na pesquisa e indústria química.


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Leis de velocidade e mecanismos de reação

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