Para a reação global 2 NO2(g)+F2(g) 2 FNO2(g) a equação de velocidade determinada experimentalmente é: v=k[NO2][F2]. Os dois mecanismos a seguir foram propostos para esta reação:

Mecanismo 1:

1 etapa: 2 NO2(g)+F2(g) 2 FNO2(g)

Mecanismo 2:

Etapa 1 (lenta): NO2(g)+F2(g) FNO2(g)+F(g)
Etapa 2 (rápida): NO2(g)+F(g) FNO2(g)
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 ( NO2) reagem com uma molécula de difluoreto ( F2) para formar duas moléculas de FNO2. A equação de velocidade observada experimentalmente para essa reação é v = k[NO2][F2]. 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:
2 NO2(g) + F2(g) 2 FNO2(g)
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:
v = k[NO2]^2[F2]
Agora, compare essa equação com a equação de velocidade experimental dada:
v = k[NO2][F2]
Percebemos que elas não são iguais. No Mecanismo 1, a velocidade depende de [NO2]^2, enquanto na experimento depende de [NO2]. 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:
  1. Etapa 1 (lenta):
NO2(g) + F2(g) FNO2(g) + F(g)
  1. Etapa 2 (rápida):
NO2(g) + F(g) FNO2(g)
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:
v = k1[NO2][F2]
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 F(g). 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 F(g) 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:
v = k[NO2][F2]
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 v = k[NO2][F2].

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