59- Faça uma distinção clara entre velocidade de reação, equação de velocidade e constante de velocidade.
60- Uma certa reação complexa é de primeira ordem com relação a um reagente A, de segunda ordem relativamente a B e de terceira ordem com relação a C . Como se altera a velocidade quando duplicamos a concentração de: (a) A; (b) B; (c) C?
61- Defina o que é ordem de uma reação.
60- Uma certa reação complexa é de primeira ordem com relação a um reagente A, de segunda ordem relativamente a B e de terceira ordem com relação a C . Como se altera a velocidade quando duplicamos a concentração de: (a) A; (b) B; (c) C?
Passo 1
Você me pediu três coisas. Vou listar claramente o que cada item do enunciado exige e quais informações estão dadas:
- Pergunta 59: “Faça uma distinção clara entre velocidade de reação, equação de velocidade e constante de velocidade.” Aqui preciso explicar três conceitos diferentes e relacioná‑los.
- Pergunta 60: “Uma certa reação complexa é de primeira ordem com relação a um reagente A, de segunda ordem relativamente a B e de terceira ordem com relação a C. Como se altera a velocidade quando duplicamos a concentração de: (a) A; (b) B; (c) C?” As informações dadas são os expoentes de ordem parcial: ordem em A = 1, ordem em B = 2, ordem em C = 3. Preciso calcular o fator de variação da velocidade ao dobrar cada concentração.
- Pergunta 61: “Defina o que é ordem de uma reação.” Preciso dar uma definição didática e relacionar com ordem parcial e ordem global.
Nada mais foi dado (por exemplo, valores numéricos de concentrações ou constante
), então nas partes onde isso não é necessário eu usarei a representação simbólica padrão.
Passo 2
Explicando o que é “velocidade de reação” (conceito e fórmulas).
- Intuição: a velocidade de reação é “o quão rápido” as concentrações dos reagentes ou produtos mudam ao longo do tempo. É uma medida temporal: mols por litro por segundo, por exemplo.
- Definição formal: para uma espécie qualquer
que participa de uma reação, a velocidade instantânea pode ser escrita usando derivadas temporais. Se a reação tem estequiometria tal que o coeficiente estequiométrico de é (positivo para produtos, negativo para reagentes), a velocidade pode ser definida como
onde
,
,
são concentrações e os sinais são escolhidos para que
seja positivo para reações que consomem reagentes e formam produtos.
- Observações práticas:
- “Velocidade média” entre dois instantes
e é . “Velocidade instantânea” é o limite quando , isto é . - Unidades típicas: concentração por tempo, por exemplo
(que em química costuma ser escrito como ).
- “Velocidade média” entre dois instantes
Passo 3
Explicando o que é a “equação de velocidade” (ou lei de velocidade).
- Intuição: a equação de velocidade relaciona a velocidade
da reação com as concentrações dos reagentes (e às vezes produtos ou catalisadores), numa forma que costuma ser experimental. - Forma geral para uma reação que depende de três reagentes
:
onde:
-
é a velocidade instantânea da reação; -
é a constante de velocidade (veremos em seguida); -
são expoentes chamados ordens parciais em respectivamente. - O que esses expoentes significam: eles dizem como a velocidade varia quando você muda cada concentração. Por exemplo, se
e você duplica , a velocidade duplica (mais formal em Passo 5). - Ponto essencial: a equação de velocidade é, em geral, determinada por experimento. Para reações elementares (uma etapa única), os expoentes podem coincidir com a estequiometria; para reações complexas (múltiplas etapas), eles geralmente não coincidem e precisam ser medidos.
Passo 4
Explicando o que é a “constante de velocidade”
.
- Intuição:
é um coeficiente que ajusta a equação de velocidade; ele incorpora informação sobre probabilidades de colisão, orientações das moléculas e dependência com temperatura. - Características importantes:
-
depende fortemente da temperatura: a dependência típica é dada pela equação de Arrhenius
onde é o fator de pre‑exponencial, é a energia de ativação, a constante dos gases e a temperatura absoluta. -
não depende das concentrações (na maioria dos casos de cinética simples); mudar etc. altera via os termos , não via . - As unidades de
dependem da ordem global da reação. Se a ordem global for , então as unidades de são
Exemplos: - ordem global
: unidades ; - ordem global
: unidades ; - ordem global
: unidades ; - ordem global
: unidades .
-
- Resumo prático:
ajusta a escala da velocidade e encapsula dependência com temperatura e barreira energética; as concentrações determinam a variação quantitativa da velocidade através dos expoentes.
Passo 5
Aplicando isso ao exercício 60: reação com ordens parciais
em
,
em
,
em
.
- Escrevo a equação de velocidade que segue diretamente do enunciado:
- Agora, se eu duplicar a concentração de uma espécie (ou seja, substituir
por ) e mantiver as outras constantes, o fator de mudança da velocidade é . - Calculemos caso a caso:
(a) Dobrar. O fator é . Logo a velocidade dobra.
(b) Dobrar. O fator é . Logo a velocidade aumenta 4 vezes.
(c) Dobrar. O fator é . Logo a velocidade aumenta 8 vezes. - Explicação numérica curta: substituímos na lei de velocidade
e análoga para
e
com os expoentes
e
.
Passo 6
Definição didática e intuitiva de “ordem de reação” (resposta detalhada para a pergunta 61).
- A ordem de reação em relação a uma espécie (ordem parcial) é o expoente com que a concentração dessa espécie aparece na equação de velocidade. Por exemplo, em
, a ordem em é . - A ordem global (ou total) da reação é a soma das ordens parciais:
- Observações importantes e dicas de prova:
- A ordem é um conceito experimental: os expoentes
geralmente se obtêm medindo para diferentes concentrações e ajustando a lei de velocidade. - A ordem pode ser
etc., ou até fracionária (por exemplo ) dependendo do mecanismo; não é obrigado ser inteiro. - “Molecularidade” é um conceito distinto: para reações elementares, a molecularidade (número de moléculas que colidem na etapa elementar) coincide com a ordem dessa etapa; mas para reações complexas a ordem da reação global não precisa coincidir com a estequiometria total.
- Em provas, se não for dito que a reação é elementar, não se deduz ordem a partir da estequiometria — deve-se usar dados experimentais ou indicações no enunciado.
- A ordem é um conceito experimental: os expoentes
Passo 7
Exemplos rápidos para fixar (útil na hora da prova).
- Exemplo 1: se
(ordem parcial zero), então é independente de ; dobrar não altera . - Exemplo 2: se
(ordem 1), então é proporcional a ; duplicar duplica . - Exemplo 3: se
(ordem 2), então duplicar quadruplica porque . - Dica de lembrança: o fator de mudança ao multiplicar a concentração por
é .
Resposta
59- Velocidade de reação: é a taxa de variação temporal das concentrações das espécies participantes, formalmente
(ou fórmula equivalente para outras espécies); Equação de velocidade: relação experimental entre
e concentrações, por exemplo
; Constante de velocidade: o parâmetro
da equação de velocidade que escala
, depende de temperatura (Arrhenius) e tem unidades que dependem da ordem global.
60- (a) vezes.
60- (b) vezes.
60- (c) vezes.
61- A ordem de reação em relação a uma espécie é o expoente dessa concentração na lei de velocidade (ordem parcial); a ordem global é a soma das ordens parciais. Ordem é determinada experimentalmente e pode ser inteira ou fracionária.
60- (a)
60- (b)
60- (c)
61- A ordem de reação em relação a uma espécie é o expoente dessa concentração na lei de velocidade (ordem parcial); a ordem global é a soma das ordens parciais. Ordem é determinada experimentalmente e pode ser inteira ou fracionária.