Para a reação global
a equação de velocidade determinada experimentalmente é:
. Os dois mecanismos a seguir foram propostos para esta reação:
Mecanismo 1:
1 etapa:
Mecanismo 2:
Etapa 1 (lenta):
Etapa 2 (rápida):
Qual dos dois mecanismos deve ser o correto? Justifique.
Etapa 2 (rápida):
Qual dos dois mecanismos deve ser o correto? Justifique.
Passo 1
Vamos entender o que a questão está pedindo. Temos uma reação química onde duas moléculas de dióxido de nitrogênio (
) reagem com uma molécula de difluoreto (
) para formar duas moléculas de
. A equação de velocidade observada experimentalmente para essa reação é
. Foram propostos dois mecanismos diferentes para essa reação, e precisamos descobrir qual deles está correto, ou seja, qual deles corresponde à equação de velocidade observada. Para resolver isso, vamos analisar cada mecanismo passo a passo e ver qual se alinha com a velocidade experimental.
Passo 2
Primeiro, vamos olhar para o Mecanismo 1. Esse mecanismo propõe que a reação acontece em um único passo:
Em reações de um único passo, a equação de velocidade geralmente é diretamente relacionada aos reagentes presentes na etapa única. Então, a equação de velocidade para esse mecanismo seria:
Agora, compare essa equação com a equação de velocidade experimental dada:
Percebemos que elas não são iguais. No Mecanismo 1, a velocidade depende de
, enquanto na experimento depende de
. Portanto, o Mecanismo 1 não corresponde à equação de velocidade observada.
Passo 3
Agora, vamos analisar o Mecanismo 2, que é mais complexo e envolve duas etapas:
- Etapa 1 (lenta):
- Etapa 2 (rápida):
Em mecanismos com múltiplas etapas, a etapa mais lenta (ou de velocidade limitante) determina a equação de velocidade da reação global. Aqui, a Etapa 1 é a lenta, então vamos focar nela para determinar a equação de velocidade.
Passo 4
A Etapa 1 é a etapa lenta e sua equação de velocidade é dada por:
Isso já se parece com a equação de velocidade experimental. Porém, precisamos verificar se há alguma interferência da Etapa 2.
Na Etapa 2, temos a formação de um produto intermediário
. Para relacionar isso com a Etapa 1, usamos o conceito de estado estacionário, onde a concentração do intermediário permanece constante. Assim, a taxa de produção de
na Etapa 1 é igual à taxa de consumo na Etapa 2.
Mas, para simplificar, já que a Etapa 1 determina a velocidade e a Etapa 2 é rápida, podemos concluir que a equação de velocidade final é realmente:
Isso coincide exatamente com a equação de velocidade experimental.
Resposta
O Mecanismo 2 é o correto, pois a sua etapa lenta resulta na equação de velocidade experimental
.