Quando a reação de decomposição CH3 N2 CH3(g) CH3 CH3 (g) +N2 (g) foi estudada em condições de pressão alta ou moderada se obteve a seguinte lei de velocidade: d[N2] / dt=k[CH3 N2 CH3]. Quando a mesma reação foi estudada em condições de pressão baixa a lei de velocidade obtida foi d[N2] / dt=k[CH3 N2 CH3]^2. Discuta detalhadamente um mecanismo de reação compatível com esses resultados.

Passo 1

Beleza, vamos resolver essa questão juntos! O enunciado fala sobre a velocidade de uma reação de decomposição de CH3N2CH3 em diferentes condições de pressão. Nosso objetivo é discutir um mecanismo de reação que explique como a lei de velocidade muda quando a pressão é alta, moderada ou baixa.

Passo 2

Primeiro, vamos entender as leis de velocidade fornecidas:
  • Pressão alta ou moderada: dfracd[N2]dt = k[CH3N2CH3]
    • Isso indica uma cinética de primeira ordem, ou seja, a velocidade depende diretamente da concentração do reagente.
  • Pressão baixa: dfracd[N2]dt = k[CH3N2CH3]^2
    • Aqui temos uma cinética de segunda ordem, onde a velocidade depende do quadrado da concentração do reagente.

Passo 3

Para explicar isso, precisamos propor um mecanismo que possa se comportar de formas diferentes dependendo da pressão. Uma maneira comum de fazer isso é considerar um mecanismo de duas etapas, onde a primeira etapa é rápida e de equilíbrio, e a segunda etapa é lenta e determina a velocidade da reação.

Passo 4

Vamos supor o seguinte mecanismo:
  1. Passo Elementar 1 (rápido e de equilíbrio):
    CH3N2CH3 <=ftharpoons CH3CH3 + N2
    • Aqui, a molécula de CH3N2CH3 se decompõe rapidamente em CH3CH3 e N2. Esse passo é reversível e atinge um equilíbrio rápido.
  2. Passo Elementar 2 (lento):
    CH3N2CH3 + CH3CH3 produtos finais
    • Nesse passo, a molécula de CH3N2CH3 reage com o CH3CH3 produzido no passo anterior para formar os produtos finais. Como esse passo é lento, ele controla a velocidade geral da reação.

Passo 5

Agora, vamos analisar como esse mecanismo se encaixa nas condições de pressão:
  • Pressão alta ou moderada:
    • A concentração de CH3CH3 é relativamente alta devido à alta pressão.
    • A velocidade depende mais da concentração de CH3N2CH3, resultando em uma lei de velocidade de primeira ordem: Velocidade = k[CH3N2CH3]
  • Pressão baixa:
    • A concentração de CH3CH3 diminui devido à baixa pressão.
    • A reação depende de duas moléculas de CH3N2CH3, resultando em uma lei de velocidade de segunda ordem: Velocidade = k[CH3N2CH3]^2

Resposta

O mecanismo compatível com os resultados observados é um processo de decomposição em duas etapas, onde a primeira etapa é rápida e de equilíbrio, formando CH3CH3 e N2, e a segunda etapa é lenta, envolvendo a reação de CH3N2CH3 com CH3CH3 para formar os produtos finais. Esse mecanismo explica por que a lei de velocidade é de primeira ordem em pressões altas ou moderadas e de segunda ordem em pressões baixas.

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