Determinacao Da Ordem de Reacao Quimica

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Determinao da ordem de reaoDotta/ID/BR

A >

B

C

D

Quando o cido clordrico adicionado aos tubos de ensaio A e B contendo diferentes concentraes de tiossulfato de sdio, forma-se uma soluo opaca cuja opacidade depende da concentrao dos reagentes. Quando o tiossulfato adicionado aos tubos C e D contendo diferentes concentraes de cido clordrico, observa-se tambm a formao de solues opacas, embora a diferena de concentrao de cido pouco influa na rapidez de formao da soluo opaca.

Conforme visto na pgina 348 da obra Ser Protagonista Qumica Volume nico, um aumento na concentrao de reagentes geralmente torna maior a rapidez da reao qumica. Entretanto, a concentrao de cada reagente contribui para a rapidez da reao de forma particular. Por isso, essa relao entre concentrao e rapidez s pode ser determinada experimentalmente. Observe, na fotografia acima, o resultado da interao de ons tiossulfato com ons de hidrognio. Nesse exemplo, a rapidez da reao mais dependente da concentrao de tiossulfato de sdio do que da concentrao de cido clordrico. Por que isso ocorre? O oznio, presente nas altas camadas da atmosfera, fundamental para a manuteno da vida na Terra, pois essa substnEdies SM

cia absorve parte da radiao ultravioleta irradiada pelo Sol. A reduo significativa dessa camada nas ltimas dcadas est relacionada com a interao do oznio com certas substncias, como, por exemplo, os CFCs (compostos que apresentam cloro, flor e carbono). Por que, mesmo em concentraes pequenas, esses compostos conseguem degradar uma grande quantidade de oznio? Para compreender o que acontece na interao entre ons tiossulfato e ons de hidrognio, entre as molculas de oznio e certas substncias, bem como em outras reaes qumicas, necessrio aprofundar os estudos dos mecanismos envolvidos nessas transformaes, os quais possibilitam o conhecimento mais detalhado da interao entre os reagentes para a formao de produtos.Qumica | Ser Protagonista | 1

Determinao da ordem de reao

1. Ordem de uma reaoA concentrao de cada reagente pode influenciar de maneira diferente a rapidez de uma reao? A ordem de uma reao indica como os reagentes influenciam na rapidez dela. A anlise dessa influncia feita com base em dados experimentais, os quais so obtidos nas mesmas condies de temperatura e presso. Veja o que acontece nos exemplos a seguir. Exemplo 1: A gua oxigenada usada como desinfetante em ferimentos e como agente descolorante do cabelo, entre outras aplicaes. Sua decomposio em soluo bsica (que acelera a reao) dada da seguinte forma: H2O2() 1 H2O() __ O2(g) 2

Os resultados mostrados na tabela a seguir foram obtidos mediante a realizao de trs experimentos, em que apenas as concentraes iniciais de gua oxigenada variaram.[H2O2] inicial (mol L1)0,01 0,02 0,03

ExperimentoI II III

Rapidez inicial de decomposio (3 105 mol L1 min1)1 2 3

Verifica-se experimentalmente que:

do experimento I para o II dobra-se a concentrao do reagente (de 0,01 para 0,02), dobrando tambm a rapidez da reao (de 1 para 2); do experimento I para o III triplica-se a concentrao do reagente (de 0,01 para 0,03), triplicando tambm a rapidez da reao (de 1 para 3); do experimento II para o III multiplica-se por 1,5 a concentrao do reagente (0,02 para 0,03), multiplicando-se tambm a rapidez da reao na mesma proporo.

Por meio da anlise desses dados, pode-se concluir que o aumento na concentrao de reagente diretamente proporcional ao aumento da rapidez da reao. A expresso matemtica a seguir indica essa proporo: Rapidez k [H2O2]1 em que k uma constante caracterstica de cada reao e depende da temperatura em que ocorre o experimento. Essa expresso chamada de equao de rapidez ou lei cintica da reao. Os colchetes indicam que se considera a concentrao da espcie qumica. Como o expoente na concentrao do reagente 1, costuma-se dizer que essa reao de 1a ordem em relao ao reagente gua oxigenada. Isso implica que, dobrando-se a concentrao inicial desse reagente, o efeito na rapidez aumenta na mesma proporo, ou seja, tambm dobra. Observe, ao lado, o grfico formado pela relao entre concentrao de gua oxigenada rapidez da reao.Edies SM

[H2O2] (mol ? L21) 0,03

0,02

0,01

2 3 Rapidez inicial (3 1025 mol ? L21 ? min21) 1

Qumica | Ser Protagonista | 2

AMj Studio

Determinao da ordem de reao

Exemplo 2: Observe, a seguir, a equao da reao que ocorre entre os gases hidrognio e monxido de nitrognio. 2 H2(g) 2 NO(g) 2 H2O(g) N2(g)

Saiba maisTeoria e prticaEm alguns casos, a lei cintica de uma reao dada multiplicando-se as concentraes dos reagentes elevadas a seus coeficientes estequiomtricos. Entretanto, na prtica, isso nem sempre acontece, o que refora a necessidade de que a lei cintica seja sempre determinada a partir de dados experimentais. Observe novamente a equao do exemplo 2. 2 H2(g) 2 NO(g) 2 H2O(g) N2(g) Se a regra fosse seguida, a equao seria escrita da seguinte forma: Rapidez k [H2]2 [NO]2 Essa expresso no est de acordo com os dados experimentais e, portanto, no a equao de rapidez dessa reao. De acordo com os dados experimentais, a equao assim escrita: Rapidez k [H2] [NO]2

A tabela seguinte mostra os dados experimentais dessa reao.ExperimentoI II III IV

Concentraes iniciais (3 103 mol L1) [NO]6 6 1 2

[H2]1 2 9 9

Rapidez inicial (3 103 mol L1 min1)25 50 6,25 25

Fonte dos dados: Sienko, M. J.; Plane, R. A. Chemical Principles and Properties. 2.ed. New York: Mc Graw-Hill, 1974.

Observe que: quando a concentrao de H2 dobra (de 1 para 2), a rapidez da reao tambm dobra (de 25 para 50); quando a concentrao de NO dobra (de 1 para 2), a rapidez da reao quadruplica (de 6,25 para 25). A equao da rapidez dessa reao, em determinada temperatura, pode ser expressa pela seguinte equao matemtica.

Rapidez k [H2] [NO]2

Essa reao de: 1a ordem em relao ao H2; 2a ordem em relao ao NO; 3a ordem em relao reao global (1 2 3).Exerccio resolvido1. Considere a seguinte reao a 55 C. (CH3)3CBr(aq) OH(aq)ExperimentoI II III

(CH3)3COH(aq) Br(aq)Rapidez inicial (3 103 mol L1 s1)5 10 10

[(CH3)3CBr] (mol L1)0,50 1,0 1,0

[OH] (mol L1)0,05 0,05 0,10

Fonte dos dados: MaSterton, W L.; Hurley, C. N. Chemistry Principles and Reactions. Saunders, . Philadelphia: 1993.

Saiba maisOrdem da reaoGenericamente, tem-se: Rapidez k [A]m [B]n ordem m em relao ao rea-

Determine a equao da rapidez dessa reao a 55 C e a ordem da reao em relao aos reagentes e reao global. Soluo Nesse caso, observa-se que, ao ser dobrada a concentrao do (CH3)3CBr, a rapidez da reao tambm dobra. No entanto, quando se dobra a concentrao dos ons OH, a rapidez no alterada. Assim, pode-se expressar a equao da rapidez da seguinte forma: Rapidez k [(CH3)3CBr] [OH]0 A ordem da reao em relao ao (CH3)3CBr 1; em relao ao OH zero; e em relao reao global 1 0 1.

gente A; ordem n em relao ao rea-

gente B; ordem m n em relao

reao global.

Edies SM

Qumica | Ser Protagonista | 3

Determinao da ordem de reao

Ordem e equao da rapidez de uma reao globalObserve, no quadro a seguir, que nem sempre a ordem de uma reao corresponde soma dos coeficientes estequiomtricos dos reagentes.Ordem de uma reao globalzero 1 2 3

Saiba maisMolecularidadeMuitas reaes tm mecanismos complexos e podem ser constitudas por etapas, que so as reaes elementares. O nmero de espcies que interagem em cada reao elementar denomina-se molecularidade. As reaes podem ser: Unimoleculares. Exemplo:

Exemplo de equao de rapidezRapidez k [A]0 Rapidez k [A] [B]0

Exemplo de reaoA AB AB 2AB produtos produtos produtos produtos

Rapidez k [A] [B] Rapidez k [A]2 [B]

Exerccio resolvido2. Considere a seguinte reao qumica hipottica. A(g) 2 B(g) AB2(g)

Bimoleculares.

Com os dados obtidos construiu-se o seguinte grfico, em que foi medida a rapidez inicial da reao, variando-se as concentraes de A e B.AMj Studio

Exemplo:

Rapidez (mol L1 s1)

[A] 0,2 mol L1 [A] 0,1 mol L1 0,02

Trimoleculares.

Exemplo: AMj Studio

0,01

0,1

0,2 [B] (mol L1)

Determine a equao da rapidez dessa reao genrica. Soluo Pela anlise do grfico acima, verifica-se que: a rapidez da reao dobra quando a concentrao de B dobra e a de A mantida (seta vermelha abaixo). a rapidez da reao tambm dobra quando a concentrao de A dobrada (seta amarela). Ento, conclui-se que a equao da rapidez : rapidez k [A] [B][A] 0,2 mol L1 [A] 0,1 mol L1 0,02AMj Studio

Rapidez (mol L1 s1)

0,01

0,1

0,2 [B] (mol L1)

Edies SM

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Determinao da ordem de reao

Mecanismo de uma reaoComo explicar as diferentes influncias das concentraes dos reagentes na rapidez de uma reao? O estudo do mecanismo de uma reao permite entender as etapas da transformao dos reagentes em produtos. Considere a reao abaixo. NO2(g) CO(g) CO2(g) NO(g)

Determina-se experimentalmente que a equao da rapidez dessa reao : Rapidez k [NO2]2 Por que a rapidez s depende da concentrao do NO2 e no da concentrao do CO? Um mecanismo proposto para essa reao, que condiz com os resultados experimentais, : 1a etapa (lenta): NO2 NO2 2a etapa (rpida): NO3 CO NO3 NO NO2 CO2

O que determina a rapidez de uma reao a sua etapa lenta. Portanto, se a concentrao do NO2 for aumentada, esse acrscimo tambm afetar a rapidez da reao. Como a segunda etapa j rpida, o aumento na concentrao dos reagentes nessa etapa no far diferena na rapidez global. Por isso, a influncia da concentrao de NO2 na rapidez dessa reao grande. Ele aparece duas vezes; na etapa lenta e na rpida.

A transformao do oznio em