(Mackenzie-SP) A reação
apresenta o seguinte mecanismo:
Sabendo-se que a constante de velocidade é aproximadamente igual a
e que as concentrações de
e
são, respectivamente,
, pede-se calcular a velocidade da reação
.
Passo 1
O enunciado dá a reação global
com mecanismo constituído por duas etapas:
Fornecem-se também a constante de velocidade e as concentrações iniciais:
A pergunta é: calcular a velocidade da reação
com esses dados.]
Passo 2
Conceito importante (explicado devagarinho): em mecanismos por etapas, a etapa lenta determina a velocidade global — chamamos isso de etapa limitante de velocidade. Para uma etapa elementar, a lei de velocidade é dada diretamente pelos reagentes que aparecem nessa etapa, com expoentes iguais aos coeficientes estequiométricos nessa etapa elementar. Ou seja, para uma etapa elementar genérica
a velocidade da etapa é
onde:
-
é a velocidade (unidade típica: ); -
é a constante de velocidade (a unidade depende da ordem da reação); -
e são concentrações molares; -
são as ordens parciais da reação em e (aqui iguais aos coeficientes se a etapa for elementar).
No nosso caso a etapa lenta é a primeira:
. É elementar (dado), então a lei de velocidade da etapa lenta — e portanto da reação global — é
Passo 3
Aplicando a lei de velocidade ao nosso mecanismo:
Aqui cada expoente é
porque a etapa lenta tem coeficiente
para
e
para
.
Passo 4
Agora substituímos os valores numéricos e fazemos as contas passo a passo.
Primeiro calculemos o produto das concentrações:
Em seguida multiplicamos por
:
Faço a separação em coeficientes e potências de dez:
Portanto
Passo 5
Verificação rápida das unidades:
tem unidade
, multiplicando por
e
(cada uma em
) resulta em
, que é a unidade correta de velocidade de reação. Tudo coerente.