A hidrazina
é utilizada, junto com alguns de seus derivados, como combustível sólido dos ônibus espaciais. Sua formação ocorre em várias etapas:
a)
(etapa rápida)
b)
(aq)
(aq) ⟶
(aq) (etapa lenta)
c)
(etapa rápida)
Qual a opção que contém a expressão da velocidade para a reação de formação da hidrazina?
a)
b)
c)
d)
a)
b)
c)
Qual a opção que contém a expressão da velocidade para a reação de formação da hidrazina?
a)
b)
c)
d)
Passo 1
O enunciado pergunta qual expressão representa a velocidade da reação de formação da hidrazina e dá um mecanismo em três etapas:
- Etapa (a):
— etapa rápida. - Etapa (b):
— etapa lenta. - Etapa (c):
— etapa rápida.
As alternativas dadas são:
a)
b)
c)
d)
a)
b)
c)
d)
Informações relevantes extraídas do enunciado:
- A etapa (b) é a etapa lenta (determinante da velocidade).
-
é um intermediário formado na etapa (a). - As etapas (a) e (c) são rápidas.
Passo 2
Conceito importante (explicado passo a passo): quando um mecanismo tem uma etapa lenta bem definida, a velocidade global da reação é, em geral, determinada por essa etapa lenta. Para uma etapa elementar (uma colisão única entre espécies), a lei de velocidade tem a forma:
onde:
-
é a velocidade da reação (taxa de consumo/produção por unidade de tempo), -
é a constante de velocidade da etapa lenta (depende de temperatura, etc.), -
são as concentrações molares dos reagentes que participam da etapa elementar, -
são as ordens referentes a cada reagente na etapa elementar (para uma etapa elementar, é igual ao coeficiente estequiométrico dessa etapa).
Explicando com calma: se a etapa lenta é, por exemplo,
produtos (elementar), então
Aqui não estamos assumindo nada sobre equilíbrios rápidos anteriores — apenas a regra: etapa lenta elementar → produto das concentrações dos reagentes dessa etapa.
Passo 3
Aplicando esse conceito ao nosso mecanismo: a etapa lenta é a (b)
Essa etapa é elementar (colisão entre
e
), logo a lei de velocidade correspondente é
Aqui:
-
é a concentração do intermediário cloramina, -
é a concentração da amônia, -
é a constante de velocidade da etapa lenta.
Isso corresponde exatamente à alternativa (a).
Passo 4
Observação didática importante (não altera a resposta, mas é útil para a prova): como
é um intermediário formado na etapa (a), às vezes pede-se expressar a velocidade apenas em termos de espécies iniciais (
e
). Se a etapa (a) for considerada um equilíbrio rápido, podemos escrever a constante de equilíbrio para (a):
Isolando
:
Substituindo isso na lei obtida no passo anterior:
Se, em certas condições experimentais,
for aproximadamente constante (por exemplo, solução fortemente tamponada ou em excesso de base), então o fator
pode ser absorvido na constante de velocidade aparente, e a expressão experimentalmente observada pode ser
que é a alternativa (c). Mas atenção: essa forma depende da hipótese extra (equilíbrio rápido em (a) e
constante). O enunciado só diz que (a) é rápida, não que há equilíbrio ou que
é constante.
Passo 5
Conclusão clara para a prova: sem informação adicional (como equilíbrio explícito na etapa (a) ou constância de
), a regra prática é usar a etapa lenta para escrever a lei de velocidade. Assim a expressão correta, diretamente da etapa lenta (b), é
ou seja, alternativa (a). Força aí — lembra: identificar a etapa lenta é o truque mais importante para este tipo de questão!
Resposta
a)