(2,0) Responda as perguntas abaixo:
Escreva a expressão geral para a velocidade de uma reaçăo do tipo
e descreva cada termo da expressão.
Escreva a expressão geral para a velocidade de uma reaçăo do tipo
Passo 1
O enunciado pede duas coisas: (1) escrever a expressão geral para a velocidade de reação da forma
e (2) descrever cada termo dessa expressão. Informação dada: a reação envolve dois reagentes
e
que formam
. Não há coeficientes estequiométricos diferentes no enunciado (assume-se
se não informado).
Passo 2
O que é “velocidade da reação” (intuição antes da fórmula). A velocidade instantânea de uma reação mede quão rápido a concentração de uma espécie química muda no tempo. Para uma grandeza que diminui (um reagente) usa-se sinal negativo para que a velocidade seja positiva. Para a reação
define-se, em termos diferenciais:
onde
são concentrações (por exemplo em mol·L^{-1}) e
é o tempo (por exemplo em s). Explicação: o sinal negativo aparece para que
seja positivo quando
e
diminuem.
Passo 3
Introdução à lei de velocidade (o que normalmente se pede como “expressão geral”). A lei de velocidade relaciona a velocidade
com as concentrações dos reagentes por meio de uma constante
e expoentes que chamamos de ordens de reação. A forma geral empírica é:
Agora vou explicar cada símbolo dessa fórmula.
Passo 4
Descrição detalhada de cada termo da expressão
.
-
: velocidade instantânea da reação. Unidade típica: (ou outra unidade de concentração dividida por tempo). Representa a taxa de consumo de ou (com sinal trocado) ou a taxa de formação de . -
: constante de velocidade (ou constante cinética). É um número que depende da temperatura e da presença de catalisadores. Unidade de depende da ordem global da reação; por exemplo: - se
(reação de primeira ordem), unidades de são ; - se
(reação de segunda ordem), unidades de são .
De modo geral, seordem total são .
- se
-
: concentrações molares dos reagentes (por exemplo ). Representam a “quantidade por volume” que participa da colisão/reação. -
: ordens parciais da reação em relação a e , respectivamente. São expoentes empíricos que dizem como a velocidade varia quando se altera cada concentração. Podem ser inteiros ou até números fracionários; são determinados experimentalmente (método das velocidades iniciais, por exemplo). Importante: as ordens de reação e não precisam ser iguais aos coeficientes estequiométricos da equação global, exceto no caso de uma reação elementar. -
Ordem global:
. Ela indica se a reação é de primeira ordem, segunda ordem, etc., e determina comportamento temporal e unidades de .)
Passo 5
Relação com reação elementar (quando a lei é simples) e com experimento. Se a etapa determinante for elementar bimolecular entre
e
(uma única colisão entre uma molécula de
e uma de
), então a teoria de colisões prevê
e
, portanto:
que é uma reação de segunda ordem no total. Porém, se o mecanismo for composto por várias etapas, a lei de velocidade precisa ser determinada experimentalmente e pode ter
e
diferentes de
.
Passo 6
Dependência de temperatura (o que afeta
) — breve explicação útil para prova. A constante
costuma seguir a equação de Arrhenius:
onde
é o pré-exponencial (frequência de colisões),
é a energia de ativação,
é a constante dos gases ideais e
a temperatura absoluta. Isso mostra por que aquecer normalmente aumenta
e, assim, a velocidade da reação.
Passo 7
Exemplo numérico rápido para fixar. Suponha reação elementar com
,
,
,
. Então
Isso significa que, naquele instante,
e
diminuem a uma taxa de
(ou seja,
e
) e
aumenta com
.
Resposta
onde
é a velocidade da reação (
),
é a constante de velocidade (unidade depende da ordem total
),
e
são as concentrações dos reagentes, e
e
são as ordens parciais da reação (expoentes empíricos que indicam a dependência da velocidade em relação a cada reagente).