Catálise1 2009

Catálise1 2009

Novas Tecnologias e o Ensino de Química I CATÁLISE -I

RJ, 16 de setembro de 2009

•Catáliseéa mudançade velocidadede umareaçãoquímicadevidoa adiçãode uma substância, deno minada catalisador.

Velocidade de u mareação quí mica

• Reações qui micas pode m ser lentas ou rápidas.

•Cinéticaquímica:

Estudo da velocidade de u mareação quí mica e dos fatoresqueinfluenciamnessa velocidade.

• Medida da velocidade:

Pelaquantidadede reagentequedesaparececom o tempo (conformeo gráfico), ou…

pelaquantidadede produtoquese forma, com o tempo

(co mo seria o gráfico?)

• Medida da velocidade:

Velocidademédia= variaçãodaconc. do reagente/variação do te mpo

Velocidadeinstantânea = li mite da velocidade média quandot → →→

(derivadadaveloc. média)v = d[C] / dt

No inícioa velocidadede umareaçãoémáxima, e à medida que a reação vai alcançando o equilíbrio(K eq .), a velocidade vaitendendo ao valor zero.

•Caminhode umareação: diagramasde energialivre •Caminhode umareação: diagramasde energialivre

• Relação entre energialivre e constante de equilíbrio:

R –constantedos gases, 8,314J/K.mol; T –temperaturaabsoluta, emgrausKelvin

∆H –variaçãode entalpia(reaçõesexotérmicas, valor ????)

∆S –variaçãode entropia, variaçãodaordemrelativade um sistema

(maiorentropia, valor ????)

• Co mponentes da variação da Energia Livre:

• Exercícios:

Estabelecerse a variaçãode entropia, ∆ ∆∆

∆ So , serápositiva, negativa ou aproxi mada mentezero para cada u ma das seguintesreações:

Qual o valor da energialivre para u ma reação onde K eq =1? O que isso significa?

Fatores que afeta m a velocidade de u mareação: . Aumentodaconcentraçãodos reagentes;

. Au mento date mperatura;

. Aumentodasuperfíciede contato;

. Emreaçõesradicalares, presençade luz; . Catalisadores.

• Catalisador é u ma substância que faz co m que u ma reaçãoocorrade forma distintado queocorreriasemo catalisador.

•Para ser um catalisador, a substâncianãodeveser consu mida nareação.

•A substânciaparticipadareação, porémdeveser regeneradainalterada.

• U ma pequena quantidade de catalisador podefacilitar o curso de u ma reação, mes mo estando presente u ma grande quantidade de reagentes.

Característicasde um Catalisador

•Permaneceo mesmoapósa reação;

• Pequenas quantidades transfor ma m grandes quantidades de reagente;

• Influencia u ma reação, modificando so mente sua velocidade, se mfornecer energia;

•Nãoalteraa posiçãode equilíbriode uma reação, apenas encurta sua duração.

Tiposde catalisador

• Ativadoresfísicos: age minteragindo co m as moléculas das substânciasreagentes e m sua superfície.

Exemplos: negro de platina, Ni, Cu, Pd, fermentos.

• Ativadores quí micos: age m por transfor mação das moléculas dos reagentes outo mando parte e m reações secundárias.

Exemplos: formaçãode hidrocarbonetos, formaçãode éteres, formaçãode biodiesel.

Exemplo de reação –hidrogenação do eteno

•Um alcenopodeser misturadocom gáshidrogênio sob pressão, mesmoa altastemperaturas, semquea reação ocorra.

Poré m …

Se traçosde um catalisadorsãoadicionadosna misturareacional, a reação ocorrerárapida mente.

•O diagramade energiaparaa hidrogenaçãode eteno se m catalisador mostra que, e mbora o etano tenha menorenergiado queo eteno, a barreirade energiaé muito alta!

Diagrama de Energia para a Hidrogenação do Eteno sem e com Catalisador

A energianecessáriaparavencera barreiraéa Energia de Ativação.

Quando u m catalisador é adicionado à misturareacional, a energiado estadode transiçãoédiminuida.

Os níveisde energiados reagentese dos produtosnão são alterados pela presença do catalisador

(o queissosignificaemrelaçãoa variaçãode energia livre?)

Apenaso nívelde energiado estadode transiçãoé alterado.

Com umabarreiramenora ser vencida, menorenergia será necessária para ser suprida aosreagentes para que elesvençama barreirae se transformememproduto.

Resu mindo:

E m qualquer reação o catalisador é a substância que diminuia energiado estadode transiçãodareação.

No exemplomostrado, comoo catalisadorplatina diminuia energiado estadode transiçãodareação?

O mecanis mo detalhado dareação é co mplexo.

De forma simplificada, podemosexplicá-lo considerando que o metal adsorveas moléculasdos doisreagentes, H

No casodamoléculade H2 , oselétronsdo metal ligam- se aosátomosde hidrogênio.

Emumasegundaetapa, nasuperfíciedo metal, os átomosde H sãoadicionadosaoscarbonosdo eteno.

Hidrogenação de Eteno com H2 em presença de platina

Exemplo de reação –Hidrogenação de óleos vegetais

Óleos vegetais são triésteres de glicerol co m ácidos graxosinsaturados;

Gorduras, animaisouvegetais, sãotriésteresde glicerol co m ácidos graxos predo minante mente saturados.

C H2 C H

C H3 C H

Moléculade gorduraencontradanamanteigaouno sebode boi

C H2 C H

2 O CO

INSATURADA Moléculade óleoencontradano óleode sojaouno óleode amendoim

Hidrogenação de óleos vegetais

Se duasdasligaçõesduplasdo óleoforemhidrogenadas, elevaipassara terestruturasimilar a dagordura, certo?

Um comerciantede gordurasparaa áreade alimentos podevender gorduraanimal, porémécara;

Poroutrolado, o óleode soja(no Brasil) ouo óleode milhooude algodão(no exterior) émuitomaisbarato.

Óleos parcial mente hidrogenados ≡ ≡≡

≡ margarinas!!

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