No estudo da reação, em fase gasosa, da reação de substituição nucleofílica da água com o cloreto de metila, obtiveram-se os
seguintes dados experimentais de velocidade inicial:
seguintes dados experimentais de velocidade inicial:
exp. | Concentração inicial
|
Velocidade inicial da | |
---|---|---|---|
|
|
||
1 | 0.010 | 0.020 |
|
2 | 0.030 | 0.020 |
|
3 | 0.010 | 0.030 |
|
4 | 0.010 | 0.060 |
|
a-Escreva a Equação da reação
b-Determine, justificando, a equação da velocidade para esta reação.
c-dê o mecanismo da reação
b-Determine, justificando, a equação da velocidade para esta reação.
c-dê o mecanismo da reação
Passo 1
Então, o exercício fala de cinética química na reação gasosa de substituição nucleofílica da água com cloreto de metila. Temos dados de velocidades iniciais variando [H₂O] e [CH₃Cl] e precisamos:
- Escrever a equação da reação;
- Determinar a lei de velocidade (ordens em cada reagente);
- Propor um mecanismo consistente.
Passo 2
a) Equação da reação
Basta juntar reagente e produto típico de SN2:
Basta juntar reagente e produto típico de SN2:
Passo 3
b) Lei de velocidade
- Comparamos exp. 1 e exp. 2 ( [H₂O] varia de 0,010 para 0,030, 3× ), a velocidade vai de 3,6×10⁻⁴ para 32,3×10⁻⁴, ou seja ~9×. Como 3²=9, a ordem em H₂O é 2.
- Comparamos exp. 1 e exp. 3 ( [CH₃Cl] varia de 0,020 para 0,030, 1,5× ), a velocidade vai de 3,6×10⁻⁴ para 5,5×10⁻⁴, ou seja ~1,5×. Então a ordem em CH₃Cl é 1.
Logo a lei de velocidade é
Passo 4
c) Mecanismo proposto
Usamos um pré-equilíbrio de ionização da água para gerar OH⁻ (que faz o ataque) e depois um passo lento de SN2:
Usamos um pré-equilíbrio de ionização da água para gerar OH⁻ (que faz o ataque) e depois um passo lento de SN2:
- (rápido, equilíbrio)
- (lento, RDS) SN2 do OH⁻ em CH₃Cl:
- (rápido) Protonação do Cl⁻:
Nesse mecanismo a etapa lenta envolve [OH⁻][CH₃Cl], mas como [OH⁻]∝[H₂O]² (pré-equilíbrio), dá v∝[H₂O]²[CH₃Cl].
Resposta
Equação da reação:
Lei de velocidade:
Mecanismo:
-
(rápido, eq.) -
(lento) -
(rápido)