Quando a velocidade da reação
foi estudada, descobriu-se que a velocidade dobrava quando a concentração de
dobrava, mas ela quadruplicava quando a concentração de NO dobrava. Qual dos seguintes mecanismos está de acordo com essas observações? Explique seu raciocínio.
(I) Etapa
e sua reação inversa (ambas rápidas, equilíbrio)
Etapa
(lenta)
(II) Etapa
(lenta)
Etapa
(rápida)
(I) Etapa
Etapa
(II) Etapa
Passo 1
O enunciado dá a reação
e diz que ao dobrar
a velocidade dobra, e ao dobrar
a velocidade quadruplica. Ou seja, o conteúdo é cinética química e vamos precisar usar a aproximação de equilíbrio para intermediários e a identificação da etapa lenta para obter a lei de velocidade.
Passo 2
Das observações experimentais tiramos a ordem de reação em cada reagente. Se dobrar
dobra a velocidade, é primeira ordem em
; se dobrar
quadruplica a velocidade, é segunda ordem em
. Logo a lei de velocidade experimental é
Passo 3
Analisando o mecanismo I:
Etapa 1 (rápida, equilíbrio)
Etapa 1 (rápida, equilíbrio)
Etapa 2 (lenta)
Como a etapa 1 está em equilíbrio, definimos
Passo 4
A etapa lenta controla a velocidade, então
Substituindo
da etapa de equilíbrio, vem
que coincide exatamente com a lei experimental
.
Passo 5
No mecanismo II a etapa lenta é
que daria
sem nenhuma dependência de
. Isso não bate com a ordem 1 em
observada.
Resposta
O mecanismo (I) está de acordo com as observações.