Questão 12. Verificou-se experimentalmente que para a reação X2+Y+Z X Y+X Z, a duplicação da concentração de X2 leva à duplicação da velocidade da reação; que a triplicação da concentração de Y triplica a velocidade da reação e que a duplicação da concentração de Z não afeta a velocidade.
a) Qual é a lei de velocidade para essa reação?
b) Por que a alteração na concentração de Z não tem qualquer influência na velocidade da reação?
c) Sugira um mecanismo para a reação que seja compatível com a lei de velocidade.

Passo 1

O enunciado trata de cinética química: para a reação
X2 + Y + Z longrightarrow XY + XZ
foi observado que duplicar ,[X2] duplica a velocidade, triplicar ,[Y] triplica a velocidade e variar ,[Z] não altera a velocidade. Vamos usar estes dados para determinar a lei de velocidade, entender o papel de Z e propor um mecanismo compatível.

Passo 2

A lei de velocidade geral para essa reação pode ser escrita como
v = k ,[X2]^m,[Y]^n,[Z]^p
Pelas observações experimentais:
  • Duplicar ,[X2] (fator 2) to v duplica Rightarrow m = 1.
  • Triplicar ,[Y] (fator 3) to v triplica Rightarrow n = 1.
  • Duplicar ,[Z] não muda v Rightarrow p = 0.
    Logo,
v = k,[X2],[Y]

Passo 3

A ordem zero em [Z] ( p=0) significa que a variação de [Z] não aparece na lei de velocidade, ou seja, a concentração de Z não influencia a etapa lenta que controla a velocidade global da reação.

Passo 4

Para compatibilizar com v = k,[X2],[Y], propomos um mecanismo em que:
1. A etapa lenta envolve apenas X2 e Y:
X2 + Y xrightarrow<=nta XY + X
2. Em seguida, ocorre uma etapa rápida em que o radical X reage com Z:
X + Z xrightarrowrápida XZ á
Na etapa lenta não aparece Z, justificando a ordem zero em [Z], e resulta no radical X que consome Z só depois.

Resposta

a) v = k,[X2],[Y]
b) Porque Z não participa da etapa lenta (determinante da velocidade), ficando sua reação com o intermediário X em etapa rápida.
c) Mecanismo proposto:
1. Etapa lenta: X2+Ylongrightarrow XY + X
2. Etapa rápida: X + Zlongrightarrow XZ

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