Cinética química: Lei de velocidade e ordem da reação

Oi, meus apaixonados por conhecimento!! Tudo beleza?

Hoje vamos continuar o nosso estudo sobre cinética química!! Nos posts anteriores, a gente aprendeu um pouco sobre as condições necessárias para a ocorrência de uma reação, os fatores que influenciam na velocidade desta, e, por fim, resolvemos alguns exercícios de vestibular sobre o assunto. Neste post, nós vamos entender melhor esse lance de calcular a velocidade da reação e como chegar à equação de velocidade!!! Vai na fé, que aos pouquinhos a gente tá ficando expert no assunto =P

Velocidade média da reação 

No decorrer de uma reação, a pressão, volume, concentração das espécies envolvidas (reagentes e produtos) e até a cor do sistema são fatores que variam  em função do tempo e, a partir destas variações, somos capazes de medir a velocidade ou rapidez com que esta ocorre. Por exemplo, se nós tivermos a reação de eletrólise da água (quebra pela passagem de uma corrente elétrica), em que obtemos como produto gás hidrogênio e gás oxigênio, podemos medir a velocidade da reação comparando o volume de gás hidrogênio produzido em função do tempo da reação:

Se tivermos a reação genérica:    2A + B → C + 3 D, podemos nos basear também na concentração das espécies envolvidas (A, B, C e D) para calcular a velocidade média da reação em determinado intervalo de tempo. Se nós compararmos a velocidade de formação (dos produtos) ou de consumo (de reagentes) em um determinado instante, chegaremos à seguinte relação:

 

Então, já entendemos como calcular a velocidade média da reação baseando-se nas concentrações das espécies envolvidas na reação ao longo do tempo e como estas velocidades se relacionam dependendo da espécie utilizada para realizar o cálculo da velocidade. Agora vamos entender esse lance de lei de velocidade, beleza?

Lei de velocidade

A Lei da velocidade é uma equação matemática a partir da qual podemos chegar à velocidade de uma reação nos baseando nas concentrações de todos as espécies envolvidas (reagentes) num determinado instante. Com ela, nós podemos chegar a velocidade da reação em determinado instante se tivermos a concentração de seus reagentes neste instante, e podemos também chegar à concentração destes se soubermos a velocidade da reação.

Esta equação deve ser determinada experimentalmente e possui uma constante k (coeficiente de velocidade da reação, que varia em função da temperatura em que esta ocorre) que multiplica as concentrações dos reagentes elevadas a determinado potência.  Se tivermos a equação global, A + B → C, podemos representar a sua lei de velocidade como:

A forma como encontramos os expoentes (ou potências) da equação variam de acordo com a reação e depende do número de etapas em que esta ocorre. Se a reação ocorrer em uma única etapa, nós a chamamos de reação elementar e os expoentes da lei de velocidade são os valores dos próprios coeficientes estequiométricos dos reagentes da reação. Se a reação ocorrer em mais de uma etapa, a velocidade da reação dependerá da etapa mais lenta (isso porque esta é a etapa que mais “atrasa” o fim da reação e faz com que esta demore) e os expoentes da lei de velocidade são obtidos pela análise dos resultados experimentais :

Vamos entender um pouco melhor como calcular as potências experimentalmente. Para isso, vamos nos basear no seguinte exemplo:

(UFMT)

Dada a equação:

A + B → C

e o quadro cinético abaixo:

a expressão da velocidade que representa a reação é:

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

b) v = k . [A]

c) v = k . [B]

d) v = k . [A] [B]2

e) v = k . [B]2

O exercício apresenta uma tabela de resultados de experimentos para os quais uma mesma reação foi realizada, mas com concentração dos reagentes variada. Para resolvermos esse exercício, é necessário compararmos (baseando-se no quadro cinético dado acima) experimentos em que a concentração de um dos reagentes mantem-se constante enquanto a do outro varia, desta forma, poderemos analisar como a variação na concentração de um reagente altera a velocidade da reação:

A potência a que está elevada a concentração do reagente na lei de velocidade indica a ordem  da reação em relação àquele reagente. No exercício acima, a ordem de reação em relação à A é zero, o que significa que a concentração deste reagente não interfere na velocidade da reação. Já a ordem de reação em relação a B é 1 (podemos também dizer que a reação é de primeira ordem em relação à B), ou seja, quando a concentração deste reagente dobra, a velocidade da reação dobra também. Quando a reação é de segunda ordem em relação a um reagente, isto significa que se a concentração deste reagente duplica, a velocidade da reação quadruplica.

Podemos ainda chegar à ORDEM GLOBAL da reação, que será a SOMA DAS ORDENS DE REAÇÃO DE CADA REAGENTE. Então, no exercício acima, a ORDEM GLOBAL será 1 ( 1 da ordem de reação de B + zero da ordem de reação de A). 

Então hoje nós aprendemos a 1) calcular a velocidade média de uma reação em relação a determinado período de tempo; 2)a ferramenta lei de velocidade e como chegar às potências da equação; 3) a identificar a ordem da reação em relação aos reagentes e 4) calcular a ordem global da reação.

Foi sussa, não foi? No próximo post nós vamos fazer alguns exercícios de vestibular relacionados ao assunto, beleza?

Então até lá!!

Beijinhus =)

 

Mari Negrini é bacharela e licenciada em Química pela USP. Curiosa desde pequena, sempre procurou entender como a natureza e o universo ao seu redor funcionam. Encontrou na Química uma maneira mais completa de enxergar o mundo, tornando-se totalmente apaixonada por esta ciência!! Acredita que todos podem se apaixonar também (pelo menos um pouquinho, vai). Venha ter essa oportunidade aqui no Educa Help!!
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Mariana Negrini

Mari Negrini é bacharela e licenciada em Química pela USP. Curiosa desde pequena, sempre procurou entender como a natureza e o universo ao seu redor funcionam. Encontrou na Química uma maneira mais completa de enxergar o mundo, tornando-se totalmente apaixonada por esta ciência!! Acredita que todos podem se apaixonar também (pelo menos um pouquinho, vai). Venha ter essa oportunidade aqui no Educa Help!!

103 comentários em “Cinética química: Lei de velocidade e ordem da reação

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