A velocidade das reações reversíveis depende não apenas da temperatura e das concentrações dos reagentes, mas também das concentrações dos produtos. A reação de combinação entre duas moléculas de benzeno é uma desidrogenação que leva à formação de fenilbenzeno, como mostra a equação a seguir:
Podemos representar o benzeno por Be o fenilbenzeno por F , de modo que a reação é simbolicamente dada por
Se as reações direta e inversa são elementares, qual é lei de velocidade correta da reação? Qual é a lei de velocidade em função da
?
Passo 1
Beleza, então vamos lá! Temos uma reação reversível envolvendo benzeno (que vamos chamar de B) e fenilbenzeno (F). A equação química simplificada é:
O que a gente precisa descobrir aqui são duas coisas:
- A lei de velocidade correta da reação – ou seja, como a velocidade da reação depende das concentrações dos reagentes e produtos.
- A lei de velocidade em função da constante de equilíbrio (
) – que relaciona as velocidades das reações direta e inversa no equilíbrio.
Para resolver isso, vamos precisar entender:
- Reações elementares: São aquelas que ocorrem em um único passo e cuja lei de velocidade pode ser diretamente escrita a partir dos coeficientes estequiométricos.
- Lei de velocidade: Expressa a velocidade da reação em função das concentrações dos reagentes.
- Constante de equilíbrio (
): Para reações reversíveis, é a razão entre as velocidades das reações direta e inversa no ponto de equilíbrio.
Passo 2
Primeiramente, vamos considerar que tanto a reação direta quanto a reversa são elementares. Isso significa que podemos escrever as leis de velocidade diretamente com base nos coeficientes estequiométricos.
Na reação direta:
Como a reação é elementar, a lei de velocidade direta (
) depende da concentração de B elevada ao seu coeficiente estequiométrico, que é 2:
Aqui,
é a constante de velocidade da reação direta.
Passo 3
Agora, vamos olhar para a reação reversa:
Novamente, como é uma reação elementar, a lei de velocidade reversa (
) depende das concentrações de F e H₂ elevadas aos seus coeficientes, que são ambos 1:
Onde
é a constante de velocidade da reação reversa.
Passo 4
A lei de velocidade geral para uma reação reversível é a diferença entre a velocidade direta e a velocidade reversa:
Substituindo as expressões que encontramos:
Essa é a lei de velocidade correta da reação.
Passo 5
Agora, vamos relacionar isso com a constante de equilíbrio (
). No equilíbrio, as velocidades direta e reversa são iguais:
Podemos rearranjar essa equação para obter
:
Agora, substituindo
na lei de velocidade geral:
Fatorando
:
Resposta
A lei de velocidade correta da reação é:
E a lei de velocidade em função da constante de equilíbrio (
) é: