O que é a lei de uma reação? Escreva a expressão da lei da reação genética apresentada a seguir:
Passo 1
O enunciado pede duas coisas:
- “O que é a lei de uma reação?” — ou seja, uma definição clara do que se entende por lei de velocidade/reação.
- "Escreva a expressão da lei da reação genérica
" — ou seja, dar a forma matemática da lei de velocidade correspondente.
Informações dadas: a equação química com coeficientes estequiométricos
. Não foi dito se a reação é elementar; por isso é preciso explicar o caso geral e a hipótese usual (reação elementar / lei da ação das massas).
Passo 2
Definição didática e intuitiva da lei de uma reação.
A lei de uma reação (ou lei de velocidade) é a relação que diz como a velocidade instantânea da reação depende das concentrações dos reagentes (e, às vezes, de produtos, pressão, etc.) e de uma constante de velocidade. Em linguagem simples: é a fórmula que responde “se eu dobrar a concentração de A, como muda a rapidez com que a reação prossegue?”.
Matematicamente, a velocidade de reação
costuma ser expressa em termos das concentrações
de cada espécie e de uma constante
que incorpora dependência com temperatura, catalisadores etc.
Passo 3
Lei da ação das massas para reação elementar (hipótese mais usada em enunciados básicos).
Se a reação
for elementar (ou seja, ocorre num único passo molecular), a lei da ação das massas dá diretamente que a velocidade é proporcional às concentrações dos reagentes elevadas aos seus coeficientes estequiométricos. Então a expressão é:
onde:
-
é a velocidade da reação (unidade: concentração por tempo, por exemplo ); -
é a constante de velocidade (depende de temperatura); -
e são as concentrações molares dos reagentes; - os expoentes
e aqui são iguais aos coeficientes estequiométricos porque assumimos reação elementar.
Passo 4
Relação entre velocidade e variações de concentração (como aparece muito em provas).
A velocidade definida anteriormente pode ser ligada às taxas de consumo/produção das espécies pela relação estequiométrica:
Isto quer dizer: a velocidade é a mesma para todos os termos quando corrigida pelos seus coeficientes, e o sinal negativo aparece para reagentes (consumo).
Passo 5
O que fazer se a reação não for elementar (caso mais realista e frequente em exercícios de cinética).
Na prática muitas reações não são elementares: a forma da lei de velocidade então não é dada pelos coeficientes estequiométricos. Em geral escreve-se:
onde
e
são as ordens parciais da reação em relação a
e
, respectivamente — e elas são determinadas experimentalmente (método das velocidades iniciais, análise integrada, ajuste de curvas, etc.). A ordem total é
.
Unidades da constante
: dependem da ordem total
. Em termos gerais
Exemplos práticos:
- se
(reação de primeira ordem), ; - se
(segunda ordem), quando concentração está em .
Passo 6
Dica de prova (como aplicar isso rapidamente):
- Se o enunciado disser “assumindo reação elementar” ou pedir “pela lei da ação das massas”, use diretamente
. - Se o enunciado disser que as ordens foram determinadas experimentalmente ou der dados cinéticos, ajuste a forma
usando os expoentes experimentais. - Lembre-se sempre de ligar
às derivadas temporais se o exercício pedir equações diferenciais ou integração das mesmas.
Resposta
A lei de uma reação é a relação que expressa como a velocidade da reação depende das concentrações dos reagentes (e da constante de velocidade).