(Brown, LeMay, Bursten, 2005) - (a) Qual o significado do termo velocidade de reação? (b) Dê três fatores que afetam a velocidade de uma reação química. (c) Qual a informação necessária para relacionar a velocidade de desaparecimento de um reagente na velocidade de aparecimento dos produtos?

Passo 1

O enunciado faz três perguntas sobre cinética química:
(a) o que significa o termo “velocidade de reação”?
(b) quais fatores afetam essa velocidade?
(c) que informação é necessária para relacionar a velocidade de desaparecimento de um reagente à velocidade de aparecimento de um produto?
Para resolver, vamos usar a definição de velocidade em termos de variação de concentração e a relação baseada nos coeficientes estequiométricos de uma reação genérica.

Passo 2

Definimos a velocidade de reação como a taxa de variação da concentração de reagentes ou produtos por unidade de tempo. Para a reação genérica
aA + bB \to cC + dD
a velocidade instantânea v pode ser escrita de forma que seja um valor positivo:
v = -\frac{1}{a}\,\frac{d[A]}{dt} = -\frac{1}{b}\,\frac{d[B]}{dt} = \frac{1}{c}\,\frac{d[C]}{dt} = \frac{1}{d}\,\frac{d[D]}{dt}
Aqui o sinal negativo nos termos de reagente garante que v>0 quando [A] e [B] diminuem.

Passo 3

Três fatores que afetam a velocidade de uma reação química são:
  1. concentração dos reagentes: quanto maior [A] ou [B], maior a frequência de colisões entre moléculas e, em geral, maior v.
  2. temperatura: ao aumentar T, as moléculas ganham mais energia cinética, aumentando a frequência e a efetividade das colisões, o que eleva v.
  3. presença de catalisador: um catalisador fornece um caminho de menor energia de ativação, acelerando a reação sem ser consumido.

Passo 4

Para relacionar quantitativamente a velocidade de desaparecimento de um reagente com a de aparecimento de um produto, é necessário conhecer os coeficientes estequiométricos a,b,c,d da equação balanceada. Esses coeficientes determinam os fatores \tfrac{1}{a}, \tfrac{1}{c} etc. que igualam as diferentes expressões de v.

Resposta

(a) Velocidade de reação é a taxa de variação de concentração de reagentes ou produtos por unidade de tempo, normalmente expressa por
v = -\tfrac{1}{a}\,\frac{d[A]}{dt} = \tfrac{1}{c}\,\frac{d[C]}{dt}.
(b) Três fatores que afetam v são: concentração dos reagentes; temperatura; e presença de catalisador.
(c) É preciso conhecer os coeficientes estequiométricos da reação balanceada para relacionar as velocidades de consumo de reagentes e formação de produtos.

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