O que é lei da velocidade?

No ano de 1864, os químicos Cato Maximilian Guldberg e Peter Waage formularam a lei da velocidade, a qual propõe que a velocidade de uma reação química é determinada exclusivamente pelos reagentes dessa reação.

A lei da velocidade é enunciada ou representada por uma expressão matemática que obtém o produto das concentrações em mol/L dos reagentes, elevadas aos seus respectivos coeficientes (a, b) estequiométricos (valores do balanceamento) com uma constante (k).

v = k.[reagente 1]^a.[reagente 2]^b

Para construir a expressão referente à lei da velocidade, é fundamental que saibamos se a reação é elementar (processada em uma etapa) ou não elementar (que é processada em várias etapas).

Lei da velocidade para reações elementares

Para reações que se processam em uma única etapa, a expressão da lei da velocidade utiliza os componentes (reagentes e seus coeficientes) da equação. Exemplo:

1 CH_4(g) + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

Nessa reação elementar, temos os reagentes metano (CH₄, com o coeficiente 1) e o oxigênio (O₂, com o coeficiente 2). Assim, a expressão da lei da velocidade será:

v = k.[CH₄]¹.[O₂]²

Lei da velocidade para reações não elementares

Como as reações não elementares ocorrem em várias etapas, a determinação da expressão da lei da velocidade depende da análise da influência de cada reagente sobre a velocidade de cada etapa. Para isso, os exercícios ou os textos fornecem uma tabela contendo valores de concentrações e velocidade de cada etapa, como no exemplo abaixo:

a A + b B + c C → d D

Como a tabela apresenta quatro linhas, portanto, trata-se de uma reação não elementar que é processada em quatro etapas, e os seus reagentes são A, B e C. Agora, para saber os coeficientes que eles apresentam, devemos realizar os seguintes passos:

1º Passo: Determinar a ordem do reagente A.

Para tal, devemos escolher duas etapas em que a concentração de A sofre alteração, e que a de B e C não sofram alteração. Dessa forma, as etapas escolhidas são a primeira e a segunda, nas quais temos as seguintes mudanças:

• Concentração de X: dobra de valor, pois passa de 2 para 4;
• Velocidade: quadruplica de valor, pois passa de 0,5 para 2.

Assim, a análise deve ser:

2.[X] = 4.v

Colocando os dois valores na mesma base:

2.[X] = 2².v

Temos que a diferença é o expoente 2, portanto, a ordem de A será 2.

2º Passo: Determinar a ordem do reagente B.

Para isso, devemos escolher duas etapas em que a concentração de B sofre alteração, e que a de A e C não sofram alteração. Assim, as etapas escolhidas são a 2^a e a 3^a, nas quais temos as seguintes mudanças:

• Concentração de Y: dobra de valor, pois passa de 3 para 6;
• Velocidade: não modifica seu valor, pois era 2 e continua sendo 2.

Assim, a análise deve ser:

2.[X] = 2.v

Como os dois valores já estão na mesma base, e a mudança na concentração não modifica a velocidade, logo a ordem de B será 0.

3º Passo: Determinar a ordem do reagente C.

Para isso, devemos escolher duas etapas em que a concentração de C sofre alteração, e que a de X não sofra alteração. As etapas escolhidas são a 3^a e a 4^a, nas quais temos as seguintes mudanças:

• Concentração de Y: dobra de valor, pois passa de 1 para 2;
• Velocidade: octuplica de valor, pois passa de 2 para 16.

Assim, a análise deve ser:

2.[X] = 16.v

Colocando os dois valores na mesma base:

2.[X] = 2⁴.v

Temos que a diferença é o expoente 2, logo a ordem de C será 4.

4º Passo: Montar a expressão da velocidade.

Para montar essa expressão da velocidade, basta multiplicar as concentrações dos reagentes, elevadas às suas respectivas ordens, pela constante (k):

v = k.[A]².[B]⁰.[C]⁴

ou

v = k.[A]^2..1.[C]⁴

v = k.[A]^2..[C]⁴

Por Me. Diogo Lopes