A reação de oxidação completa do
, formando
e
, é realizada em meio aquoso com incidência de radiação UV. Nanopartículas híbridas de carbono e
agem como fotocatalisadores da reação, e sua ordem de reação é 1. A elevada radiância e o excesso relativo de água fazem com que a variação desses parâmetros não influencie na taxa de reação, cuja constante de velocidade é k. Nesse cenário, ao se dobrar a concentração de
, mantendo-se todos os outros parâmetros constantes, a velocidade de reação também dobrou. Com base nesse experimento e nas informações fornecidas, a velocidade de reação, v, é expressa pela relação:
A)
B)
C)
D)
A)
B)
C)
D)
Passo 1
Lista clara do que o enunciado nos deu e o que pede:
- Reação: oxidação completa de
em meio aquoso com radiação UV, formando , e . - Fotocatalisador: nanopartículas híbridas
(denotadas ). - Informação dada: “sua ordem de reação é 1.” (valor de ordem fornecido).
- Condições experimentais: elevada radiância e excesso de água — variações desses parâmetros não influenciam a taxa de reação.
- Constante de velocidade:
. - Observação experimental crucial: ao dobrar
, mantendo os demais parâmetros constantes, a velocidade de reação também dobrou. - Pergunta: entre as alternativas A–D, qual expressão representa corretamente a velocidade de reação
?
Passo 2
O que é uma lei de velocidade e o que significa “ordem de reação” (explicação didática):
- A lei de velocidade relaciona a velocidade instantânea da reação
às concentrações das espécies envolvidas. Em geral, uma lei tem a forma
onde:
-
é a velocidade da reação (por exemplo, variação de concentração por tempo), -
é a constante de velocidade (depende de temperatura, luz etc.), -
, são concentrações das espécies, -
são as ordens parciais de reação em relação a cada espécie (expoentes). - “Ordem em relação a uma espécie” significa: se eu multiplicar a concentração dessa espécie por um fator
, a velocidade muda por um fator . - Exemplo simples: se a ordem em relação a
for , dobrar dobra . - Se a ordem for
, dobrar multiplica por .
- Exemplo simples: se a ordem em relação a
- A ordem total é a soma das ordens parciais. Quando o enunciado diz “a ordem de reação é 1”, isso indica que a dependência global (ou a ordem relevante) é de primeira ordem.
Passo 3
Usando a observação experimental para determinar o expoente em relação a
:
- Suponha uma lei geral em função de
apenas:
onde
é a ordem da reação em relação a
.
- Se a concentração for duplicada,
, a nova velocidade será
- Observação experimental: ao dobrar
a velocidade também dobrou, ou seja . - Igualando os fatores:
- Conclusão desta etapa: a reação é de primeira ordem em relação a
, ou seja a dependência é linear em .
Passo 4
Consideração sobre o fotocatalisador e os demais parâmetros:
- Em princípio, a concentração do fotocatalisador
poderia entrar na lei de velocidade (ordem em relação ao catalisador). Porém o enunciado afirma que a elevada radiância e o excesso de água fazem com que a variação desses parâmetros não influencie na taxa de reação — isto implica que, nas condições do experimento, a taxa não depende efetivamente das variações desses parâmetros (ou que foram mantidos constantes). - Como mantiveram “todos os outros parâmetros constantes” quando dobraram
, a mudança observada na velocidade é atribuída apenas à mudança em . - Assim, a forma correta da lei, sob as condições descritas, deve envolver apenas
com expoente .
Passo 5
Comparação direta com as alternativas e escolha:
- Alternativa A:
— corresponde a primeira ordem em . - Alternativa B:
— seria segunda ordem; contradiz o experimento (dobrar daria quadruplicar). - Alternativa C:
— depende só do catalisador; contradiz a observação sobre dobrar . - Alternativa D:
— inclui segunda ordem em e dependência do catalisador; contradiz o experimento e a constatação de ordem . - Portanto a alternativa que corresponde à informação dada e ao experimento é a alternativa A.
Resposta
A)