Amônia gasosa é preparada pela reação:
Use as informações obtidas a partir dos dados experimentais abaixo para responder:
Experimento
Concentração inicial (mol/L)
Velocidade inicial (
)
[
]
[
]
1
0,03
0,01
2
0,06
0,01
3
0,03
0,02
3,37.10
a) qual a ordem global da reação
b) determine a constante de velocidade
c) escreva a lei de velocidade da reação
d) descreva como estes dados tabelados foram obtidos
| Experimento | Concentração inicial (mol/L) | Velocidade inicial (
|
|
| [
|
[
|
||
| 1 | 0,03 | 0,01 |
|
| 2 | 0,06 | 0,01 |
|
| 3 | 0,03 | 0,02 | 3,37.10
|
b) determine a constante de velocidade
c) escreva a lei de velocidade da reação
d) descreva como estes dados tabelados foram obtidos
Passo 1
O enunciado pede quatro coisas:
- (a) qual a ordem global da reação;
- (b) determinar a constante de velocidade
; - (c) escrever a lei de velocidade da reação;
- (d) descrever como os dados tabelados foram obtidos.
Informações fornecidas (peguei estes números do enunciado):
- Reação:
. - Unidades da velocidade inicial:
. - Experimentos com concentrações iniciais e velocidades iniciais:
- Experimento 1:
, , . - Experimento 2:
, , . - Experimento 3:
, , .
- Experimento 1:
Passo 2
Conceito e método que vamos usar (explicação didática):
- A lei de velocidade para uma reação elementar geral envolvendo
e pode ser escrita na forma empírica
onde:
-
é a velocidade (aqui a velocidade inicial medida nos experimentos), -
é a constante de velocidade (o que queremos achar em (b)), -
é a ordem da reação em relação a , -
é a ordem da reação em relação a . - O significado prático de
e : se , duplicar duplica ; se , duplicar quadruplica ; de modo geral duplicar muda por um fator . - Método das velocidades iniciais: comparar experimentos em que uma concentração varia e a outra permanece fixa. Ao dividir as equações de velocidade de dois experimentos, as concentrações que são iguais cancelam, permitindo determinar exponentes
e por relações do tipo
- Vamos aplicar isso para isolar primeiro
(usando experimentos onde é igual) e depois (usando experimentos onde é igual).
Passo 3
Determinar
(ordem em relação a
) usando Experimento 1 e 2.
- Em 1 e 2,
é igual ( ), então ao dividir as velocidades a dependência de cancela:
- Substituindo valores:
- Calcular a razão do lado esquerdo:
- E
. Logo
Passo 4
Determinar
(ordem em relação a
) usando Experimento 1 e 3.
- Em 1 e 3,
é igual ( ), então:
- Substituindo valores:
- Calcular a razão:
- E
. Logo
Passo 5
Ordem global da reação:
- A ordem global é a soma dos expoentes das concentrações na lei de velocidade:
Passo 6
Determinar a constante de velocidade
(cálculo numérico e unidades).
- Usando a lei com os expoentes encontrados:
então
- Calcular usando o Experimento 1 (pode-se verificar com os outros experimentos para consistência).
- Primeiro calcule o denominador:
- Agora
- Portanto
- Verificação rápida com Experimento 2 e 3 dá valores muito próximos, confirmando consistência (por exemplo com experimento 2 obtém-se cerca de
, com 3 cerca de ). - Unidades de
: a velocidade tem unidade e o denominador tem unidade . Assim
- Resultado final para
(com três algarismos significativos):
Passo 7
Escrever a lei de velocidade (forma final, didática):
- A lei de velocidade encontrada é
com
numérico e unidades dadas no passo anterior.
Passo 8
Descrição de como os dados tabelados foram obtidos (explicação passo a passo e por que faz assim):
- Procedimento experimental típico (método das velocidades iniciais):
- Preparar uma série de frascos/reações sob as mesmas condições (mesma temperatura, mesmo catalisador se houver, mesmo volume), mudando apenas as concentrações iniciais dos reagentes conforme a tabela.
- Em cada frasco iniciar a reação e medir como a concentração de um composto (por exemplo
formado ou / consumidos) varia nos instantes iniciais de reação. A medição pode ser feita por amostragem seguida de análise (p.ex. cromatografia, titulação) ou por métodos em linha (p.ex. espectroscopia, medição de pressão parcial se for gasosa). - Para cada experimento traçar a concentração versus tempo e determinar a inclinação inicial da curva em
; essa inclinação é a velocidade inicial (pois ela corresponde à derivada no instante inicial). - Repetir para combinações de concentrações que permitam variar uma espécie por vez (como foi feito nos experimentos 1→2 variando
com fixo, e 1→3 variando com fixo). Isso permite isolar os expoentes e .
- Por que usar velocidade inicial: evita efeitos de retro-reação, mudanças significativas nas concentrações durante a medição e complicações cinéticas posteriores; assim a relação entre taxa e concentrações iniciais é direta e empírica.
- Observação prática: é crucial controlar temperatura e outras condições, porque
depende fortemente da temperatura; os valores medidos só valem para a temperatura experimental usada.
Resposta
(a) ordem global =
(b)
(c)
(d) Os dados foram obtidos pelo método das velocidades iniciais: realizar experimentos com concentrações iniciais controladas (variando-se uma concentração por vez), medir a variação inicial da concentração (inclinação em
) para obter a velocidade inicial em cada experimento e então comparar razões de velocidades para determinar ordens;
é calculado substituindo uma velocidade inicial e as concentrações iniciais na lei de velocidade.