20.4 e 20.5 Reações no Equilíbrio, Reações Paralelas e Reações Consecutivas
20.27. Explique por que uma reação de ordem zero provavelmente não continua de ordem zero para duas meias-vidas completas.
Passo 1
O enunciado pergunta por que uma reação de ordem zero dificilmente mantém cinética de ordem zero até que ocorram duas meias-vidas completas. Isso envolve o conceito de reações de ordem zero (onde a velocidade é constante e independe da concentração) e a definição de meia-vida para esse tipo de reação.
Passo 2
Para uma reação de ordem zero temos a lei de velocidade
cuja integração dá a dependência linear
A meia-vida
é o tempo necessário para
cair de
a
. Logo
Passo 3
O tempo para a segunda meia-vida, i.e.\ para passar de
a
, satisfaz
Ou seja, a segunda meia-vida seria metade da primeira se a cinética continuasse pura de ordem zero.
Passo 4
Na prática, cinética de ordem zero ocorre tipicamente quando o reagente está em grande excesso sobre um catalisador ou superfície (saturação). À medida que
cai, deixa de haver saturação e a velocidade deixa de ser constante, passando a depender da concentração (ordem positiva). Assim, após a primeira meia-vida
já caiu a ponto de não manter mais as condições de ordem zero, e a cinética muda.
Passo 5
Como a manutenção da taxa constante exige que o sistema permaneça no regime de saturação durante todo o tempo, mas essa condição se perde quando
fica baixo, dificilmente se observa ordem zero por dois meios-vidas completos.
Resposta
Uma reação de ordem zero só ocorre quando há saturação (por exemplo, de um catalisador) e, ao cair a concentração do reagente após a primeira meia-vida, essa saturação se perde, fazendo a velocidade deixar de ser constante. Por isso raramente se mantém cinética de ordem zero por duas meias-vidas.