A formação de ortonitroanilina [um intermediário importante para corantes, chamado de fast orange] é obtida pela reação do ortonitroclorobenzeno (ONCB) com amônia.
A reação em fase líquida é de primeira ordem tanto em relação ao ONCB como à amônia, com
a
e
. As concentrações de entrada do ONCB e da amônia são
e
, respectivamente.
Escreva a Lei de Velocidade de reação para a velocidade de desaparecimento do ONCB, em função das concentrações.
Escreva a Lei de Velocidade de reação para a velocidade de desaparecimento do ONCB, em função das concentrações.
Passo 1
O enunciado pede: “Escreva a Lei de Velocidade de reação para a velocidade de desaparecimento do ONCB, em função das concentrações.”\n
Informações relevantes dadas no enunciado: \n
Informações relevantes dadas no enunciado: \n
- A reação é de primeira ordem em relação ao ortonitroclorobenzeno (ONCB) e de primeira ordem em relação à amônia (NH
).\n - A constante de velocidade a
é . (Esse valor de já é o valor experimental na temperatura dada.)\n - A energia de ativação
foi fornecida (é informação sobre dependência com temperatura, mas não é necessária para escrever a lei de velocidade no dado).\n - Concentrações de entrada (valores iniciais) são
e .\n
A partir disso, devemos escrever a expressão matemática para a taxa de desaparecimento do ONCB em função das concentrações.
Passo 2
Conceito básico (aula rápida e amigável): o que é “lei de velocidade”?\n
- A lei de velocidade (ou equação de taxa) relaciona a velocidade da reação com as concentrações dos reagentes. Ela é determinada experimentalmente e pode ter ordens diferentes das estequiométricas. \n
- Se disserem que a reação é de primeira ordem em um reagente
, isso significa que a velocidade varia proporcionalmente a . Se for primeira ordem em também, a dependência conjunta é proporcional a . \n - A velocidade de desaparecimento de uma espécie geralmente é escrita com sinal negativo: a taxa volumétrica de consumo tem unidades
. \n - Para uma reação com ordem total 2 (1 em cada reagente), a constante
tem unidades que tornam a equação dimensionalmente consistente. Vamos usar isso depois para checar unidades.
Passo 3
Escrever a forma matemática da lei de velocidade com base nas ordens dadas.\n
Como a reação é de primeira ordem em ONCB e de primeira ordem em NH , a forma da taxa volumétrica de consumo do ONCB é:
Como a reação é de primeira ordem em ONCB e de primeira ordem em NH
onde:
-
é a velocidade de reação por unidade de volume associada ao ONCB (positivo se definida como produção; aqui usamos para indicar consumo),\n -
é a constante de velocidade na temperatura considerada, \n -
é a concentração instantânea de ONCB em ,\n -
é a concentração instantânea de NH em .\n
Observação didática importante: embora a estequiometria mostremols de NH reagindo, a ordem em relação a NH foi dada como 1 — isto é um resultado experimental e é o que usamos.
Passo 4
Checagem de unidades (por que
tem essas unidades?)\n
- A unidade da taxa
deve ser .\n - O produto
tem unidades .\n - Para que
tenha unidades , precisa ter unidades . Isso coincide com o valor fornecido . \n
Tudo consistente — sinal negativo indica desaparecimento.
Passo 5
Exemplo prático (para você ver como aplicar na prova — cálculo da taxa inicial usando as concentrações de entrada):\n
Substituindo ,
e
na lei:
Substituindo
Calcule passo a passo: \n
. \n
. \n
Portanto a taxa inicial de consumo do ONCB é
Portanto a taxa inicial de consumo do ONCB é
Isso é só um exemplo numérico; a lei geral continua sendo dependente das concentrações variáveis.