Determine a lei experimental de velocidade da seguinte reação sabendo que uma colisão termolecular acontece:
Passo 1
O enunciado dá a reação
e informa explicitamente que ocorre uma colisão termolecular (ou seja, a etapa elemental envolve simultaneamente três moléculas). A pergunta é: determinar a lei experimental de velocidade (a expressão da velocidade em função das concentrações dos reagentes). Informações relevantes dadas: a estequiometria dos reagentes e a indicação de que a etapa é termolecular (portanto, trata-se de uma etapa elemental).
Passo 2
Entendendo o que significa “etapa elemental” e por que isso importa para a lei de velocidade. Uma etapa elemental é uma colisão única e simples entre moléculas que resulta diretamente em produtos (sem intermediários). Para uma etapa elemental, a lei de velocidade pode ser escrita diretamente a partir das espécies que colidem: a velocidade é proporcional à probabilidade de ocorrência simultânea dessas partículas, ou seja, proporcional ao produto das concentrações das espécies envolvidas na colisão, com expoentes iguais ao número de moléculas de cada espécie que participam da colisão.
Passo 3
Definição de “molecularidade” (sem jargão técnico complicado). Molecularidade é o número de moléculas que participam simultaneamente da colisão na etapa elemental. Se é unimolecular, uma única molécula sofre transformação; bimolecular, duas moléculas colidem; termolecular, três moléculas colidem ao mesmo tempo. O enunciado diz “colisão termolecular”, então a molecularidade aqui é 3 e as moléculas envolvidas são duas de
e uma de
.
Passo 4
Raciocínio físico simples sobre probabilidades (por que aparecem os expoentes nas concentrações). Pense assim: a probabilidade de encontrar uma molécula de
numa pequena região do espaço é proporcional a
. Para ocorrer uma colisão entre duas
e uma
ao mesmo tempo, precisamos simultaneamente de: (i) um evento proporcional a
(1ª NO), (ii) outro evento proporcional a
(2ª NO), e (iii) um evento proporcional a
. Como esses eventos são independentes, a probabilidade conjunta é o produto das probabilidades individuais, ou seja proporcional a
.
Passo 5
Introduzindo a constante de proporcionalidade. Em cinética, escrevemos a velocidade multiplicando essa probabilidade por uma constante que reúne a frequência de colisões efetivas e fatores de ativação; chamamos essa constante de
. Portanto, para uma etapa elemental termolecular com duas
e uma
, a expressão da velocidade é
Passo 6
Interpretação da lei e ordem da reação. Na expressão
, a ordem da reação em relação a
é
, em relação a
é
, e a ordem total é
. Ou seja, trata-se de uma reação de terceira ordem (ordem total igual a três).
Passo 7
Observações práticas e advertência curta (útil para prova). Colisões termoleculares são raras na prática, e frequentemente reações que têm essa estequiometria global ocorrem por um mecanismo em várias etapas (o que daria uma lei de velocidade diferente). Porém aqui o enunciado explicitou que a colisão é termolecular — isso autoriza usar a regra das etapas elementares diretamente e escrever a lei como no passo anterior. Em provas, sempre verifique se foi informado que a etapa é elemental; caso contrário, não deduza expoentes apenas pela estequiometria global.
Passo 8
Resumo final do procedimento para aplicar em outros exercícios parecidos: (i) confirme se a etapa é elemental; (ii) identifique quantas moléculas de cada espécie participam da colisão; (iii) escreva a velocidade proporcional ao produto das concentrações com expoentes iguais às quantidades de cada espécie; (iv) inclua a constante
.