A cinética química é o estudo das velocidades e mecanismos das reações químicas. A * velocidade de uma reação, por sua vez, é a medida da rapidez com que se formam os produtos e se consomem os reagentes. Com base nos princípios da cinética química, assinale a opção correta abaixo.
Sempre há uma relação entre a estequiometria da equação simplificada de uma reação e a sua equação de velocidade.
As etapas de uma reação que conduzem os reagentes aos produtos e a relação entre essas etapas constituem o mecanismo da reação, que pode ou não ser determinado experimentalmente.
A velocidade instantânea de uma reação é a inclinação da reta tangente à curva concentração por tempo no ponto desejado.
A ordem de uma reação é dada pela diferença entre os expoentes aos quais estão elevadas as concentrações dos reagentes e dos produtos.
Quando a velocidade de uma reação dobra, ao dobrarmos a concentração de um reagente, a ordem com relação a esse reagente é 2 .
Passo 1
O enunciado apresenta cinco afirmações e pede que eu assinale a(s) correta(s). As afirmações são:
- Sempre há uma relação entre a estequiometria da equação simplificada de uma reação e a sua equação de velocidade.
- As etapas de uma reação que conduzem os reagentes aos produtos e a relação entre essas etapas constituem o mecanismo da reação, que pode ou não ser determinado experimentalmente.
- A velocidade instantânea de uma reação é a inclinação da reta tangente à curva concentração por tempo no ponto desejado.
- A ordem de uma reação é dada pela diferença entre os expoentes aos quais estão elevadas as concentrações dos reagentes e dos produtos.
- Quando a velocidade de uma reação dobra, ao dobrarmos a concentração de um reagente, a ordem com relação a esse reagente é
.
Vou analisar cada afirmação uma a uma, explicando toda a teoria necessária passo a passo.
Passo 2
Analisando a afirmativa 1: “Sempre há uma relação entre a estequiometria da equação simplificada de uma reação e a sua equação de velocidade.”
Explicação da teoria necessária:
- A equação de velocidade (lei de velocidade) relaciona a velocidade
da reação com as concentrações dos reagentes na forma geral
onde
é a constante de velocidade e
são as ordens parciais em relação a cada reagente (números reais que indicam como a velocidade depende das concentrações).
- A estequiometria da equação global da reação fornece apenas os coeficientes estequiométricos (ex.:
) que indicam quantas moléculas participam na reação global.
Por que a afirmativa é falsa:
- A lei de velocidade nem sempre pode ser inferida apenas olhando a estequiometria global. Só quando a reação é elementar (ocorre numa única etapa elementar) os expoentes na lei de velocidade coincidem com os coeficientes estequiométricos dessa etapa elementar. Mas muitas reações passam por várias etapas intermediárias — então a lei de velocidade depende do mecanismo e de qual etapa é determinante (etapa lenta), não necessariamente da estequiometria global.
- Exemplo concreto: a reação global
pode ter lei de velocidade (ordem 1) se a etapa lenta for unimolecular, ou (ordem 2) se a etapa lenta for bimolecular, etc. Portanto não existe uma relação “sempre” válida.
Conclusão: a afirmativa 1 é falsa.
Passo 3
Analisando a afirmativa 2: “As etapas de uma reação que conduzem os reagentes aos produtos e a relação entre essas etapas constituem o mecanismo da reação, que pode ou não ser determinado experimentalmente.”
Explicação da teoria necessária:
- Mecanismo de reação: é a sequência de etapas elementares (cada uma representando uma colisão ou transformação molecular simples) que leva reagentes a produtos. Inclui espécies intermediárias e a relação entre as etapas (por exemplo, qual etapa é lenta ou rápida).
- Determinação experimental: o mecanismo não é diretamente observável em muitos casos; ele costuma ser proposto a partir de evidências experimentais (leis de velocidade, intermediários detectados, energia de ativação, isotopia, etc.). Em alguns casos o mecanismo é bem estabelecido; em outros, permanece hipotético.
Por que a afirmativa é verdadeira:
- A frase descreve precisamente o que é mecanismo e corretamente diz que ele pode ou não ser determinado experimentalmente (muitos mecanismos são inferidos, outros confirmados).
Conclusão: a afirmativa 2 é verdadeira.
Passo 4
Analisando a afirmativa 3: “A velocidade instantânea de uma reação é a inclinação da reta tangente à curva concentração por tempo no ponto desejado.”
Explicação da teoria necessária:
- Definição de velocidade instantânea: a velocidade instantânea de consumo de um reagente
em tempo é a derivada da sua concentração em relação ao tempo, com sinal conveniente. Por exemplo, a velocidade de consumo de pode ser dada por
O sinal negativo aparece porque
normalmente diminui com o tempo; para produtos usamos sinal positivo.
- Interpretação geométrica: a derivada
é exatamente a inclinação da reta tangente ao gráfico versus no ponto . Então a velocidade instantânea é a inclinação dessa tangente (com sinal adequado).
Conclusão: a afirmativa 3 é verdadeira.
Passo 5
Analisando a afirmativa 4: “A ordem de uma reação é dada pela diferença entre os expoentes aos quais estão elevadas as concentrações dos reagentes e dos produtos.”
Explicação da teoria necessária:
- Ordem da reação: se a lei de velocidade é
então a ordem parcial em relação a
é
, em relação a
é
, e a ordem global (total) é a soma dos expoentes:
- A ordem é determinada pelos expoentes na lei de velocidade, que são obtidos experimentalmente; não envolve concentrações de produtos. Produtos não aparecem na lei de velocidade (em geral) a menos que haja efeitos especiais (por exemplo, reação reversível em equilíbrio provisório, reação autocatalítica, etc.), mas a definição usual é soma dos expoentes das concentrações presentes na lei de velocidade.
Por que a afirmativa é falsa:
- A frase diz “diferença entre os expoentes… dos reagentes e dos produtos”, o que não corresponde à definição. Não é diferença entre expoentes, e produtos não entram na definição usual de ordem da reação.
Conclusão: a afirmativa 4 é falsa.
Passo 6
Analisando a afirmativa 5: “Quando a velocidade de uma reação dobra, ao dobrarmos a concentração de um reagente, a ordem com relação a esse reagente é
.”
Explicação da teoria necessária e cálculo passo a passo:
- Considere que a lei de velocidade em relação a um reagente
é , ou seja
(com as outras concentrações fixas). Se dobrarmos
, ou seja passamos de
para
, então a nova velocidade
será
- Afirmativa nos diz que quando dobramos
a velocidade dobra (isto é, ). Substituindo:
- Resolver
dá . Ou seja, se dobrar faz a velocidade dobrar, a ordem em relação a é (ordem um), não . - Para ordem
ocorreria o comportamento (quadrupla), não dobra.
Conclusão: a afirmativa 5 é falsa (a ordem seria
, não
).
Passo 7
Resumo das conclusões:
- Afirmação 1: falsa.
- Afirmação 2: verdadeira.
- Afirmação 3: verdadeira.
- Afirmação 4: falsa.
- Afirmação 5: falsa.
Portanto as únicas afirmações corretas são a
e a
.
Resposta
Afirmativas corretas:
e