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:
  1. Sempre há uma relação entre a estequiometria da equação simplificada de uma reação e a sua equação de velocidade.
  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.
  3. A velocidade instantânea de uma reação é a inclinação da reta tangente à curva concentração por tempo no ponto desejado.
  4. A ordem de uma reação é dada pela diferença entre os expoentes aos quais estão elevadas as concentrações dos reagentes e dos produtos.
  5. Quando a velocidade de uma reação dobra, ao dobrarmos a concentração de um reagente, a ordem com relação a esse reagente é 2.
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 v da reação com as concentrações dos reagentes na forma geral
v = k\,[A]^{n}[B]^{m}\dots
onde k é a constante de velocidade e n,m,\dots 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.: 2A + B \to C) 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 2A \to produtos pode ter lei de velocidade v = k[A] (ordem 1) se a etapa lenta for unimolecular, ou v = k[A]^2 (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 A em tempo t é a derivada da sua concentração em relação ao tempo, com sinal conveniente. Por exemplo, a velocidade de consumo de A pode ser dada por
v_A(t) = -\frac{d[A]}{dt}.
O sinal negativo aparece porque [A] normalmente diminui com o tempo; para produtos usamos sinal positivo.
  • Interpretação geométrica: a derivada \frac{d[A]}{dt} é exatamente a inclinação da reta tangente ao gráfico [A] versus t no ponto t. 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
v = k\,[A]^{n}[B]^{m}\dots
então a ordem parcial em relação a A é n, em relação a B é m, e a ordem global (total) é a soma dos expoentes:
\text{ordem total} = n + m + \dots
  • 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 2.”
Explicação da teoria necessária e cálculo passo a passo:
  • Considere que a lei de velocidade em relação a um reagente A é v \propto [A]^n, ou seja
v = k\,[A]^n
(com as outras concentrações fixas). Se dobrarmos [A], ou seja passamos de [A] para 2[A], então a nova velocidade v' será
v' = k\,(2[A])^n = k\,2^n [A]^n = 2^n \cdot v.
  • Afirmativa nos diz que quando dobramos [A] a velocidade dobra (isto é, v' = 2v). Substituindo:
2v = 2^n v \quad\Rightarrow\quad 2 = 2^n.
  • Resolver 2 = 2^n n = 1. Ou seja, se dobrar [A] faz a velocidade dobrar, a ordem em relação a A é 1 (ordem um), não 2.
  • Para ordem 2 ocorreria o comportamento v' = 2^2 v = 4v (quadrupla), não dobra.
Conclusão: a afirmativa 5 é falsa (a ordem seria 1, não 2).

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 2 e a 3.

Resposta

Afirmativas corretas: 2 e 3

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