Escreva a equação de velocidade para os seguintes processos elementares:
produtos
Passo 1
O enunciado dá um processo elementar com esta estequiometria:
O que se pede: escrever a equação de velocidade para esse processo elementar (isto é, a lei de velocidade) e relacioná‑la com as variações temporais das concentrações. Informações relevantes dadas:
- é declarado que o processo é elementar;
- as espécies reagentes são
(coeficiente ) e (coeficiente ); - usar concentrações
e e constante de velocidade .
Passo 2
Regra básica para um processo elementar: a lei de velocidade segue a hipótese da ação de massas para aquela colisão elementar — a velocidade é proporcional ao produto das concentrações das partículas que precisam colidir, cada uma elevada ao número de partículas envolvidas daquele tipo no evento elementar. Intuição rápida: a probabilidade de duas partículas
encontrarem-se é proporcional a
; para que ocorra a reação também é preciso uma
, então multiplica por
.
Logo, para a etapa elementar dada, a forma da lei de velocidade é
onde:
-
é a velocidade da reação (taxa da etapa elementar) em unidades de concentração por tempo; -
é a constante de velocidade (depende da temperatura); -
e são as concentrações molares das espécies.
Expliquei: os expoentes da concentração na lei (2 para
, 1 para
) vêm diretamente dos coeficientes estequiométricos por se tratar de passo elementar (cada coeficiente indica quantas partículas daquele tipo participam simultaneamente).
Passo 3
Definir com precisão a relação entre
e as derivadas temporais das concentrações usando a estequiometria. Padrão conveniente para uma reação
é definir a velocidade da reação
(mesma coisa que nosso
) por
Substituindo
obtemos as equações diferenciais que descrevem a variação temporal das concentrações:
Essas equações dizem, por exemplo, que a concentração de
diminui duas vezes mais rápido (por molar) que a de
, conforme a estequiometria.
Passo 4
Ordem global e unidades de
:
- ordem parcial em
: ; - ordem parcial em
: ; - ordem global:
.
Unidades de
: a velocidade tem unidades de concentração por tempo (por exemplo
, com
). Como
as unidades de
devem ser
Passo 5
Observações práticas e armadilhas para a prova (pra te deixar confiante):
- Isso vale só porque a etapa foi declarada elementar. Para mecanismos com várias etapas a lei de velocidade experimental pode ter formas diferentes (nem sempre os expoentes seguem os coeficientes estequiométricos).
- Em soluções concentradas usa‑se atividade em vez de concentração; em provas básicas use concentração se o enunciado não pedir atividade.
- A dependência de temperatura de
segue a lei de Arrhenius:
onde
é o fator de frequência,
energia de ativação,
constante dos gases e
temperatura.
- Se cair algo parecido na prova: identifique primeiro se é elementar; se for, escreva a lei direto como aqui; depois relacione com as derivadas usando os coeficientes estequiométricos.