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Lei da velocidade para reações não elementares

Química

A lei da velocidade para reações não elementares não é determinada apenas olhando a equação química. Nesse caso, é preciso realizar o experimento várias vezes.
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Conforme explicado no texto Lei da velocidade das reações químicas, a equação usada para representar a lei da velocidade de uma reação é dada pelo produto entre a constante característica da reação numa determinada temperatura e as concentrações dos reagentes elevadas aos seus respectivos expoentes: v = k . [A]α. [B]β.

Veja um exemplo:

2NO(g) → N2O2(g)

A equação da velocidade dessa reação é dada por: v = k . [NO]2.

Isso significa que em todos os casos o expoente da concentração do reagente será exatamente igual ao seu coeficiente na reação?

Não. Isso só aconteceu nesse caso porque se trata de uma reação elementar, ou seja, é uma reação que ocorre numa única etapa, sem compostos intermediários. Nos casos em que a reação não for elementar, os expoentes devem ser determinados experimentalmente. Mas, como isso é feito? E como é possível saber se a reação é elementar ou não?

Bem, vamos considerar outra reação:

CO + NO2 → CO2 + NO

Digamos que um cientista realizou essa reação diversas vezes, alterando a concentração dos reagentes de formas diferentes, mas mantendo a temperatura constante. Ele obteve os seguintes dados:

Dados do experimento realizado para descobrir os expoentes na equação da velocidade

Observe que, da primeira para a segunda etapa, ele dobou a concentração do CO, o que não alterou a velocidade da reação.

Mudança na concentração do CO

Portanto, o expoente dessa substância é zero. Como qualquer número elevado a zero é igual a 1, o CO não participa da equação da velocidade da reação.

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Agora, veja que do 2º experimento para o 3º dobrou-se a concentração do NO2, o que fez com que a velocidade da reação quadruplicasse.

Mudança na concentração do NO2

Assim, o expoente da concentração dessa substância na equação da velocidade das reações é igual a 2 (4/2).

Desse modo, descobrimos qual é a equação da velocidade dessa reação: v = k . [NO2]2.

Veja que nesse caso o expoente na equação não foi igual ao coeficiente na reação. Portanto, podemos concluir que essa reação não é elementar. Depois de verificar experimentalmente a lei da velocidade, o cientista deveria então sugerir um mecanismo que explicasse essa reação, ou seja, ele deveria propor um conjunto de etapas coerentes com os dados experimentais desse processo.

Foi proposto o seguinte mecanismo:

Etapa 1 (lenta):  NO2(g) +  NO2(g) → NO3(g) + NO(g)
Etapa 2 (rápida):NO3(g) + CO(g) → CO2(g) + NO2(g)

Equação global:CO + NO2 → CO2 + NO

Veja que a lei da velocidade experimental coincide com a etapa mais lenta:

vglobal = vetapa lenta

k . [NO2]2 = k . [NO2] . [NO2]

Isso nos mostra que, em qualquer mecanismo, a etapa determinante da taxa de desenvolvimento de uma reação será sempre a etapa lenta, ou seja, a taxa de desenvolvimento da reação global será proporcional apenas às concentrações dos reagentes que participaram da etapa lenta.

É importante determinar corretamente esses expoentes porque são eles que irão indicar qual é a ordem da reação.


Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química

A equação da lei da velocidade para as reações não elementares só pode ser conseguida por meio da realização do experimento
A equação da lei da velocidade para as reações não elementares só pode ser conseguida por meio da realização do experimento

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

FOGAçA, Jennifer Rocha Vargas. "Lei da velocidade para reações não elementares"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/lei-velocidade-para-reacoes-nao-elementares.htm. Acesso em 18 de novembro de 2019.

Lista de Exercícios
Questão 1

Uma certa reação química genérica, representada pela equação abaixo:

A + 4 B → X + Y

É formada após a ocorrência de três etapas, as quais estão representadas a seguir:

Reação I: A + 2 B → C + D (etapa lenta)

Reação II: C + B → X

Reação III: D + B → Y (etapa rápida)

Qual das alternativas abaixo contém a expressão da velocidade para essa reação genérica?

a) v = k.[A]2.[B]1

b) v = k.[A]1.[B]2

c) v = k.[A]1.[B]1

d) v = k.[B]2

Questão 2

Quando o dióxido de nitrogênio é colocado para reagir com o gás flúor, o composto fluoreto de nitrila é originado, segundo a equação abaixo:

2 NO2(g) + F2(g) → 2 NO2F(g)

Foram realizados alguns estudos cinéticos com essa reação, nos quais foram alteradas as concentrações molares dos reagentes, resultando em determinados valores de velocidade, como podemos observar na tabela a seguir:

Qual das alternativas abaixo contém a ordem da reação e a sua expressão da velocidade?

a) Ordem 1, v = k[NO2]1

b) Ordem 2, v = k[NO2]1[F2]1

c) Ordem 3, v = k[NO2]2[F2]1

d) Ordem 1, v = k[F2]1

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