A corrosão é um processo crítico que afeta a durabilidade e a segurança de equipamentos mecânicos. A formação de um dos componentes da ferrugem é fundamental para entender a degradação de materiais metálicos em estruturas, componentes de máquinas e veículos. Os dados cinéticos abaixo referem-se à reação de ferro ( Fe ) com molécula de oxigênio a 295 K . Utilize os dados da tabela para responder os questionamentos:
Experimento velocidade
1
2
3
a) Escreva a equação balanceada que representa a reação.
b) Encontre a ordem da reação em relação ao e em relação ao Fe . Qual a lei de velocidade e a ordem global da reação?
c) Calcule o valor da constante de velocidade ( k ) a temperatura de 295 K .
d) Defina o tempo de meia vida. Encontre a equação do tempo de meia vida que represente A reação formando o óxido de Ferro - (as formas integradas estão ao final da questão.)
e) Qual tempo de meia vida considerando que a concentração inicial do 1
f) Considere que houve um aumento da temperatura da reação para 350 K . O que deve acontecer com a constante de velocidade? Explique o porquê.
g) Defina catalisador. O que deve ocorrer se for adicionado um catalisador nessa reação? Explique o porquê.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre corrosão, que é quando materiais metálicos, como o ferro, se degradam por causa de reações químicas com o ambiente, formando ferrugem ( ). Temos uma tabela com dados de experimentos que mostram as concentrações de ferro ( ) e oxigênio ( ) e a velocidade da reação a 295 K. Vamos usar esses dados para responder às perguntas sobre a cinética dessa reação, ou seja, como a reação acontece no tempo.

Passo 2

a) Escreva a equação balanceada que representa a reação.
Primeiro, precisamos balancear a equação química da reação entre ferro e oxigênio para formar óxido de ferro ( ).
A equação preliminar é:
Agora, balanceamos os átomos:
  • Ferro (Fe): 2 átomos de Fe no , então precisamos de 2 Fe no lado dos reagentes.
  • Oxigênio (O): 3 átomos de O no e O2 tem 2 átomos, então precisamos de 3/2 moléculas de O2. Para evitar frações, multiplicamos todos os coeficientes por 2:

Passo 3

b) Encontre a ordem da reação em relação ao e em relação ao Fe. Qual a lei de velocidade e a ordem global da reação?
Para descobrir a ordem da reação em relação a cada reagente, usamos os dados dos experimentos. A lei de velocidade geral tem a forma:
onde e são as ordens em relação a Fe e , respectivamente.
Vamos comparar os experimentos para encontrar e .
Encontrando a ordem em relação a Fe ( ):
Comparando Experimento 1 e 2:
  • aumenta de para (triplicando).
  • permanece o mesmo.
  • Velocidade aumenta de para (quadruplicando).
A variação na velocidade quando Fe triplica é:
Tomando logaritmo:
Portanto, , indicando que a reação é de primeira ordem em relação ao Fe.
Encontrando a ordem em relação a ( ):
Comparando Experimento 1 e 3:
  • permanece o mesmo.
  • permanece o mesmo.
  • Velocidade permanece o mesmo.
Isso indica que a ordem em relação a é zero, já que mudar não afeta a velocidade.
Lei de velocidade:
Ordem global da reação:
A soma das ordens individuais: .

Passo 4

c) Calcule o valor da constante de velocidade (k) à temperatura de 295 K.
Usando a lei de velocidade que encontramos:
Podemos rearranjar para encontrar :
Vamos usar o Experimento 1:
  • Velocidade =

Passo 5

d) Defina o tempo de meia-vida. Encontre a equação do tempo de meia-vida que represente a reação formando o óxido de Ferro - (as formas integradas estão ao final da questão.)
O tempo de meia-vida é o tempo necessário para que a concentração de um reagente reduza pela metade.
Para uma reação de primeira ordem, a equação do tempo de meia-vida é:
Mas nossa reação segue a lei:
Esta é uma reação de primeira ordem em relação ao Fe, então a equação do tempo de meia-vida para primeira ordem é adequada.

Passo 6

e) Qual tempo de meia-vida considerando que a concentração inicial do ?
Usando a equação do tempo de meia-vida para primeira ordem:
Já calculamos .
Portanto, o tempo de meia-vida é aproximadamente 17,33 segundos.

Passo 7

f) Considere que houve um aumento da temperatura da reação para 350 K. O que deve acontecer com a constante de velocidade? Explique o porquê.
Quando a temperatura de uma reação aumenta, as moléculas têm mais energia cinética. Isso leva a um aumento na frequência de colisões eficazes entre os reagentes.
Consequentemente, a constante de velocidade ( ) geralmente aumenta com o aumento da temperatura. Isso acontece porque mais moléculas possuem energia suficiente para superar a barreira de ativação da reação, acelerando o processo.

Passo 8

g) Defina catalisador. O que deve ocorrer se for adicionado um catalisador nessa reação? Explique o porquê.
Um catalisador é uma substância que acelera a velocidade de uma reação química sem ser consumida no processo. Ele age diminuindo a energia de ativação necessária para a reação ocorrer.
Se adicionarmos um catalisador à reação entre Fe e , a velocidade da reação aumentará. Isso acontece porque o catalisador fornece um caminho alternativo com menor energia de ativação, permitindo que mais moléculas reagem em menos tempo, sem alterar a própria reação ou consumir-se durante o processo.

Resposta

A reação entre ferro e oxigênio é de primeira ordem em relação ao ferro ( ) e zero ordem em relação ao oxigênio ( ), com a lei de velocidade sendo e ordem global igual a 1. A constante de velocidade a 295 K é , o tempo de meia-vida é aproximadamente 17,33 segundos. O aumento da temperatura para 350 K fará com que a constante de velocidade aumente devido ao aumento da energia cinética das moléculas. A adição de um catalisador acelerará a reação ao reduzir a energia de ativação necessária, sem ser consumido no processo.

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<br> <br> <br>
100,6 -52500
178,3 -48000
234,6 -51000
269,3 -51630
a) Escreva as equações da decomposição dos carbonatos - considere a formação do .
b) A decomposição dessa reação para os diferentes carbonatos é endotérmica. O que isso significa? Explique o porquê dos diferentes valores.
c) Conceitue entropia. Calcule o decomp. e explique os diferentes valores de entropia.
d) Calcule o decomp. A reação é espontânea ou não espontânea? Explique o porquê.
e) Qual a temperatura de decomposição para cada uma dessas reações quando o equilíbrio é atingido?
f) A temperatura foi aumentada para , o que ocorre com o decomp para os carbonatos de magnésio e de bário? Compare com o obtido na letra d e explique o porquê dessa diferença.
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Compostos <br> çã <br> çã çã <br> çã <br> Solubilidade <br>
848 20,9 102,0
755 26,9 91,2
678 34,5 38,3
a) Escreva as equações da reação de dissolução dos sólidos iônicos em água - considere a água solvente.
b) Calcule o solução para cada solução, explique os diferentes valores e se a reação é exotérmica ou endotérmica.
c) Conceitue entropia. Calcule o solução e explique os diferentes valores de entropia?
d) Calcule o Solução, explique se a dissolução é espontânea ou não espontânea?
e) Explique a ordem na solubilidade utilizando o Solução e comparando os dados de solubilidade.
f) O abaixamento da temperatura para terá efeito da solubilidade desses sais? Utilize os dados termodinâmicos para justificar sua resposta.
Dados:
Determine se as soluções aquosas dos seguintes sais tem pH igual a, maior ou menor que 7. Se ou , escreva uma equação química que justifique sua resposta.
b)
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a) Determine se a reação de formação do ácido carbônico será espontânea com base no á . Explique sua resposta.
b) Considere que essa reação em equilíbrio é endotérmica. Em qual direção a reação irá progredir após a descarga de calor, considerando que a água do lago estará mais quente? Justifique seu raciocínio.