O que é ordem de reação (enfatizando as reações de ORDEM ZERO E AS REAÇÕES DE PRIMEIRA ORDEM)?
Passo 1
O que o enunciado pede: explicar o que é “ordem de reação”, com ênfase nas reações de ordem zero e de primeira ordem.
Informações dadas (implícitas no pedido): você quer entender a definição, as leis da velocidade, as formas integradas, como identificar cada caso em gráficos e exemplos numéricos simples para treinar.
Informações dadas (implícitas no pedido): você quer entender a definição, as leis da velocidade, as formas integradas, como identificar cada caso em gráficos e exemplos numéricos simples para treinar.
Passo 2
Definição geral de ordem de reação e lei de velocidade.
A ideia central: a “ordem de reação” fala de como a velocidade da reação depende das concentrações dos reagentes. A lei de velocidade é uma relação experimental (nem sempre óbvia a partir da equação química) que tem a forma geral
A ideia central: a “ordem de reação” fala de como a velocidade da reação depende das concentrações dos reagentes. A lei de velocidade é uma relação experimental (nem sempre óbvia a partir da equação química) que tem a forma geral
onde:
-
é a velocidade da reação (geralmente em unidades de concentração por tempo, ex.: ); -
é a constante de velocidade (depende de temperatura); -
, são concentrações molares dos reagentes; -
, são ordens parciais da reação em relação a e (valores empíricos, podem ser inteiros ou não).
A ordem global da reação é a soma das ordens parciais:. Essa ordem é determinada experimentalmente, por exemplo pelo método da velocidades iniciais ou pelos ajustes das formas integradas.
Passo 3
Reações de ordem zero — definição e dedução da forma integrada.
Definição: uma reação é de ordem zero em relação a se a velocidade não depende da concentração de
. A lei de velocidade é
Definição: uma reação é de ordem zero em relação a
ou, escrevendo como queda da concentração de
,
Para integrar, separo variáveis e integro em
de
a
e em
de
a
:
Isso dá
isto é,
Interpretação prática: a concentração decresce linearmente com o tempo. O gráfico
versus
é uma reta com declive
e intercepto
.
Unidades de : como
tem unidade de concentração e
de tempo,
tem unidades de concentração dividido por tempo, por exemplo
.
Unidades de
Passo 4
Tempo de meia-vida para ordem zero e exemplo numérico.
A meia-vida é o tempo para
cair a metade: imponha
. Da equação integrada
A meia-vida
então
Observação importante: em reações de ordem zero a meia-vida depende de
(não é constante).
Exemplo numérico passo a passo: seja e
. Calcular
em
e
.
Usando :
Exemplo numérico passo a passo: seja
Usando
Meia-vida:
Passo 5
Reações de primeira ordem — definição e dedução da forma integrada.
Definição: uma reação é de primeira ordem em relação a se a velocidade é proporcional a
. A lei de velocidade é
Definição: uma reação é de primeira ordem em relação a
ou
Resolvendo por separação de variáveis:
Integro de
a
e de
a
:
Isso dá
ou
Em forma exponencial:
Interpretação: decaimento exponencial. O gráfico
versus
é uma reta com declive
. Unidades de
:
, por exemplo
.
Passo 6
Meia-vida para primeira ordem e exemplo numérico.
Para primeira ordem, imponha em
:
Para primeira ordem, imponha
Tomando logaritmo natural,
logo
Observação importante: para primeira ordem a meia-vida é constante e independe de
.
Exemplo numérico: seja e
. Calcular
em
e
.
Calcule :
Exemplo numérico: seja
Calcule
Meia-vida:
Passo 7
Como identificar experimentalmente se é ordem zero ou primeira ordem (dicas práticas para prova).
- Traçar
versus : se der reta, provável ordem zero (declive ). - Traçar
versus : se der reta, provável primeira ordem (declive ). - Traçar
versus : se der reta, provável segunda ordem (só mencionando para comparação). - Método das velocidades iniciais: comparar como a velocidade inicial muda quando se dobra
. Se dobrar e a velocidade dobra, é primeira ordem; se não muda, é ordem zero; se quadruplica, é segunda ordem. - Pseudo-primeira ordem: se há um reagente em grande excesso (sua concentração praticamente constante), uma reação de ordem superior pode comportar-se como de primeira ordem, com uma constante efetiva
.
Passo 8
Relevância física e exemplos típicos (o que costuma cair em prova).
- Processos de ordem zero frequentemente ocorrem quando o reagente está saturando um catalisador ou superfície (ex.: reações catalisadas em superfície a altas concentrações) ou em fotólise com intensidade fixa: a taxa fica limitada por outra coisa e não por
. - Processos de primeira ordem aparecem em decomposições unimoleculares e em decaimento radioativo (ex.:
-decay), onde cada molécula tem uma probabilidade constante de se decompor por unidade de tempo.
Em provas, pedem frequentemente: deduzir formas integradas, calculara partir de gráficos, calcular , ou identificar ordem a partir de dados tabulados.
Passo 9
Resumo pedagógico (como fazer rápida e seguro na prova).
- Primeiro passo: escrever a lei de velocidade proposta e identificar se é dependente ou independente de
. - Se
é constante: pense em ordem zero e use . Extraia como declive de vs . - Se
: pense em primeira ordem e use ou . Extraia como declive de vs . - Sempre verificar unidades de
para confirmar a ordem (ordem zero: concentração·tempo^{-1}; ordem um: tempo^{-1}).
Resposta
Ordem de reação: propriedade experimental que indica como a velocidade depende das concentrações; lei geral
.
Ordem zero: ,
, meia-vida
, gráfico
vs
é linear com declive
.
Ordem um: ,
ou
, meia-vida
, gráfico
vs
é linear com declive
.
Ordem zero:
Ordem um: