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O que é lei da velocidade?

O que é Química?

O que é lei da velocidade? Essa ferramenta matemática é utilizada para determinar a velocidade, a constante ou a ordem de uma determinada reação química.
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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 CH4(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:

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  • 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 2a e a 3a, 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 3a e a 4a, 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

Elementar ou não, a velocidade de uma reação é determinada pelos reagentes
Elementar ou não, a velocidade de uma reação é determinada pelos reagentes

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

DIAS, Diogo Lopes. "O que é lei da velocidade?"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/quimica/o-que-e-lei-da-velocidade.htm. Acesso em 17 de novembro de 2019.

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