Lei da Velocidade das Reações

A lei da velocidade para uma reação é dada através da expressão abaixo, que relaciona as concentrações dos reagentes (em mol/L) com a velocidade da transformação:

Onde:

v = velocidade da reação, que é normalmente dada em mol. L^-1. min^-1 ou em mol.L^-1.s^-1;

k = constante de velocidade que é típica de cada reação e varia com a temperatura;

[A] e [B] = concentração em mol. L^-1 dos reagentes genéricos A e B;

m e n = são denominados “ordem de reação” e só são determinados experimentalmente. Em reações elementares, ou seja, que ocorrem em uma única etapa, esses valores são iguais aos coeficientes dos reagentes da reação. Porém, isso só vale para as reações elementares. Nas outras reações que ocorrem em duas ou mais etapas, é necessário realizar vários experimentos para se descobrir o valor correto.

A soma “m + n” nos fornece a ordem de reação global.

Note que a velocidade da reação (v) é diretamente proporcional à concentração dos reagentes.

Essa lei da velocidade da reação, para as reações elementares também é denominada Lei de Guldberg-Waage ou lei de ação das massas, que diz:

Para se entender como se aplica essa expressão, veja a reação abaixo que foi realizada em uma série de quatro experimentos:

2 NO_(g) + 1 Br_2(g)  → 2 NOBr_(g)

Vamos observar primeiro o que ocorre com o óxido nítrico (NO). Do primeiro para o segundo experimento ele se manteve constante, assim ele não influenciou na variação da velocidade. Porém, do terceiro para o quarto experimento a concentração do NO dobrou e a velocidade da reação quadriplicou (de 36 para 144 mol. L^-1.s^-1). Logo, ele influenciou na variação da velocidade.

Como ele dobrou e a velocidade quadruplicou, o expoente dele na equação da velocidade será de 2

v = k [NO]²         2ª ordem em relação ao NO

Agora vamos analisar o que ocorre experimentalmente com o bromo para poder identificar qual será seu expoente na equação da velocidade. Do primeiro para o segundo experimento, a sua concentração dobrou, assim como a velocidade da reação (12 para 24 mol. L^-1.s^-1), logo ele influenciou na velocidade da reação, e seu coeficiente será de 1 (ou seja, 2/2 = 1):

v = k [Br₂]¹       1ª ordem em relação ao Br₂

Do terceiro para o quarto experimento, o bromo não influenciou na variação da velocidade da reação porque sua concentração se manteve em 0,3 mol. L^-1.

Assim, a equação da velocidade dos reagentes será dada por:

v = k [NO]²[Br₂]

A ordem global da reação, nesse caso, é de 3 ou de 3ª ordem, pois somamos as ordens de NO e de Br₂ (2 + 1 = 3).

Note que os expoentes foram iguais aos respectivos coeficientes da equação química. Porém, isso só foi possível porque essa é uma reação elementar. Nas outras isso não ocorre; por isso a maneira correta de descobrir os expoentes é experimentalmente, como foi feito aqui. Além disso, se a concentração de um dos reagentes mudar e isso não influenciar na velocidade da reação, isso significa que sua ordem de reação é igual a zero. Desse modo, ele não aparecerá na equação da variação da velocidade.

Podemos também descobrir o valor da constante k para essa reação por meio dos dados experimentais. Observe como isso é feito:

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