Quatro experimentos foram conduzidos para a reação
Experimento
[
] (mol/L)
[
] (mol/L)
[
] (mol/L)
v (mol/Ls
1
0,10
0,10
0,10
2
0,20
0,10
0,10
3
0,10
0,30
0,10
4
0,20
0,10
0,15
a) determine a ordem global e as ordens parciais em relação a cada reagente. b) calcule a constante cinética de velocidade. c) escreva a lei global de velocidade para essa reação. d) esta reação deve ocorrer em um única etapa? Explique.
| Experimento | [
|
[
|
[
|
v (mol/Ls |
| 1 | 0,10 | 0,10 | 0,10 |
|
| 2 | 0,20 | 0,10 | 0,10 |
|
| 3 | 0,10 | 0,30 | 0,10 |
|
| 4 | 0,20 | 0,10 | 0,15 |
|
Passo 1
Vou escrever claramente o que o enunciado nos dá e o que é pedido.
Dados (peguei os números da tabela do enunciado):
- Experimento 1:
. - Experimento 2:
- Experimento 3:
- Experimento 4:
O enunciado pede:
a) ordem global e ordens parciais (em relação a cada reagente);
b) constante de velocidade ;
c) lei global de velocidade;
d) se a reação ocorre em uma única etapa (explique).
a) ordem global e ordens parciais (em relação a cada reagente);
b) constante de velocidade
c) lei global de velocidade;
d) se a reação ocorre em uma única etapa (explique).
Passo 2
Escrevendo a forma geral da lei de velocidade que vamos supor e explicar o que cada símbolo representa.
Assumimos a lei empírica (forma geral):
onde:
-
é a velocidade inicial medida ( ); -
é a constante de velocidade (valor e unidades a determinar); -
são as ordens parciais (expoentes) em relação a cada reagente, geralmente números reais (aqui esperamos inteiros); - a ordem global é
.
Método prático que usaremos: comparar dois experimentos onde apenas uma concentração muda — ao dividir as velocidades,
e as concentrações constantes se cancelam, permitindo achar o expoente correspondente. Vou mostrar passo a passo.
Passo 3
Determinar
(ordem em
) comparando Experimento 2 com Experimento 1, pois nestes dois só mudou
.
Escrevo a razão das velocidades:
Como em 1 e 2 as concentrações de
e
são iguais, elas cancelam, sobrando
Substituo os valores (peguei estes números da tabela):
Logo
.
Interpretação: a velocidade é proporcional a
na primeira potência.
Passo 4
Determinar
(ordem em
) comparando Experimento 3 com Experimento 1, pois nestes só mudou
.
Analogamente:
Substituindo (peguei os números da tabela):
Logo
.
Interpretação: velocidade é proporcional a
na primeira potência.
Passo 5
Determinar
(ordem em
) comparando Experimento 4 com Experimento 2 — aqui
e
são iguais, só mudou
.
Tenho:
Substituindo (valores da tabela):
Logo
.
Interpretação: velocidade é proporcional a
na primeira potência.
Passo 6
Ordem global: somo as ordens parciais encontradas.
Significado: reação é de terceira ordem no total (ordem global 3).
Passo 7
Calcular a constante de velocidade
. Agora que sabemos
, a lei é
Isolo
:
Uso o Experimento 1 (poderia usar qualquer outro; todos devem dar o mesmo
se os dados forem consistentes). Peguei os números:
-
; - produto das concentrações
.
Então
Agora as unidades: taxa tem unidade
e o produto de três concentrações tem unidade
. Assim
Portanto
. (Verificação rápida: usando outros experimentos obtém-se o mesmo
.)
Passo 8
Escrever explicitamente a lei de velocidade com o valor de
:
Aqui cada concentração está em
e
sai em
.
Passo 9
Responder se a reação deve ocorrer em uma única etapa e explicar por quê (aqui explico o conceito de passo elementar e sua relação com a lei de velocidade).
Conceito resumido e didático:
- Se uma reação ocorresse por uma única etapa elementar, a lei de velocidade dessa etapa elementar poderia ser deduzida diretamente da sua molecularidade (número de espécies reativas que colidem simultaneamente). Por exemplo, uma etapa bimolecular envolvendo
daria uma lei . - No entanto, a estequiometria global da reação dada é
ou seja, os coeficientes estequiométricos dos reagentes somam muito mais do que 3 (soma = 12). Um passo elementar que envolvesse simultaneamente 1 , 5 e 6 seria uma colisão de 12 partículas ao mesmo tempo — isso é fisicamente extremamente improvável. - Além disso, para uma etapa elementar a lei esperada seguiria os expoentes iguais às moléculas que participam dela; aqui a lei experimental é de primeira ordem em cada reagente (
), que não correspondiam aos coeficientes estequiométricos 1,5,6. - Conclusão: a reação não ocorre em uma única etapa elementar. Ela deve ocorrer por um mecanismo em várias etapas (com espécies intermediárias), e a etapa lenta (etapa determinante da velocidade) provavelmente envolve apenas uma molécula de cada espécie participante na expressão de velocidade observada, produzindo a lei experimental
.
Passo 10
Pequeno resumo motivador: já temos as ordens (todas 1), constante
e a lei de velocidade completa; e entendemos porque a reação global composta por muitos reagentes não pode ser um único passo elementar. Você mandou bem em seguir as contas — continue assim que dá pra aprender rapidinho na marra!
Resposta
a) Ordem global:
. Ordens parciais:
em
,
em
,
em
.
b) .
c)
d) Não; a reação não ocorre em uma única etapa, porque os coeficientes estequiométricos (1,5,6) não coincidem com as ordens experimentais (1,1,1) e um passo elementar que envolvesse tantas partículas simultaneamente seria implausível.
b)
c)
d) Não; a reação não ocorre em uma única etapa, porque os coeficientes estequiométricos (1,5,6) não coincidem com as ordens experimentais (1,1,1) e um passo elementar que envolvesse tantas partículas simultaneamente seria implausível.