Explique como uma espécie pode ser parte de uma lei de velocidade, mas não ser parte da reação química balanceada.
Passo 1
O enunciado pede para entender por que uma espécie química pode aparecer na lei de velocidade experimental de uma reação, mas não fazer parte da equação global balanceada dessa reação. O conteúdo envolve Cinética Química, especialmente distinção entre lei de velocidade e estequiometria global, além de entender mecanismos elementares, intermediários e catalisadores.
Passo 2
Uma lei de velocidade relaciona a velocidade da reação
com as concentrações das espécies que participam do passo limitante do mecanismo. Geralmente ela tem a forma
onde
,
são concentrações das espécies que entram no passo de maior barreira energética e
são ordens de reação determinadas experimentalmente.
Passo 3
A reação global é a soma algébrica de vários passos elementares. Cada passo elementar envolve reagentes, produtos e possivelmente intermediários ou catalisadores. A estequiometria global não mostra esses intermediários nem o catalisador, pois eles são consumidos e regenerados ao longo do mecanismo.
Passo 4
Se o passo limitante do mecanismo envolve uma espécie
que não aparece no balanço global, então a lei de velocidade conterá
, embora
desapareça na soma final das equações. Isso ocorre tipicamente em dois casos:
- Intermediário: formado em um passo rápido anterior e consumido no passo lento.
- Catalisador: participando do passo lento, mas sendo regenerado no final do mecanismo.
Passo 5
Por exemplo, suponha o mecanismo hipotético
O catalisador
e o complexo intermediário
não aparecem na reação global
Mas, como o passo 2 é limitante, a lei de velocidade será
Se o passo 1 estiver em equilíbrio, podemos expressar
em função de
e
, e então
Assim
aparece na lei de velocidade, mesmo não constando na equação global.
Resposta
Uma espécie aparece na lei de velocidade mas não na reação química global quando ela faz parte do mecanismo elementar determinante da velocidade (como intermediário ou catalisador), sendo consumida e depois regenerada, de modo que não surge na soma final das equações elementares.