A reaçāo
(aq)
(s)
apresentou os seguintes dados cinéticos:
Experimento
Velocidade
1
0,164
0,45
2
0,082
0,45
3
0,246
4
0,164
0,15
Esta reação poderia ocorrer por um mecanismo de uma única etapa?
Experimento |
|
|
Velocidade
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1 | 0,164 | 0,45 |
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2 | 0,082 | 0,45 |
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3 | 0,246 |
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4 | 0,164 | 0,15 |
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Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada nesse exercício. A gente tem uma reação química:
E uma tabela com dados de diferentes experimentos mostrando as concentrações iniciais dos reagentes e a velocidade inicial da reação. A pergunta é: Essa reação poderia ocorrer por um mecanismo de uma única etapa?
Para resolver isso, vamos precisar entender um pouco de cinética química, que estuda a velocidade das reações e os fatores que a influenciam. Vamos analisar os dados para descobrir a lei de velocidade da reação e ver se isso sugere um mecanismo de uma só etapa.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar o que é a lei de velocidade. Ela relaciona a velocidade da reação com as concentrações dos reagentes elevadas a certos expoentes, que são chamados de ordens parciais. A lei de velocidade geral tem a forma:
Aqui, $ k $ é a constante de velocidade, e $ m $ e $ n $ são as ordens em relação a $ \mathrm{HgCl}_2 $ e $ \mathrm{C}_2\mathrm{O}_4^{2-} $, respectivamente.
Nos dados, temos várias experiências com diferentes concentrações de reagentes e velocidades correspondentes. Vamos usar essas informações para encontrar $ m $ e $ n $.
Passo 3
Vamos começar comparando Experimento 1 e 2, onde a concentração de $ \mathrm{C}_2\mathrm{O}_4^{2-} $ é a mesma (0,45 mol/L), mas a concentração de $ \mathrm{HgCl}_2 $ é dobrada de 0,082 para 0,164 mol/L.
Observamos que a velocidade dobra de $ 1,44 \times 10^{-4} $ para $ 2,88 \times 10^{-4} $ mol/(L·s).
Isso sugere que a velocidade é proporcional à concentração de $ \mathrm{HgCl}_2 $. Ou seja, $ m = 1 $.
Passo 4
Agora, vamos comparar Experimento 1 e 4, onde a concentração de $ \mathrm{HgCl}_2 $ é a mesma (0,164 mol/L), mas a concentração de $ \mathrm{C}_2\mathrm{O}_4^{2-} $ é reduzida de 0,45 para 0,15 mol/L.
A velocidade diminui de $ 2,88 \times 10^{-4} $ para $ 3,2 \times 10^{-5} $ mol/(L·s).
Para encontrar a ordem em relação a $ \mathrm{C}_2\mathrm{O}_4^{2-} $, vamos ver de quanto a velocidade mudou quando a concentração foi reduzida para 1/3:
Isso é aproximadamente $ \left(\frac{1}{3}\right)^2 $, o que sugere que $ n = 2 $.
Passo 5
Agora que temos $ m = 1 $ e $ n = 2 $, podemos escrever a lei de velocidade:
Isso significa que a reação é de primeira ordem em $ \mathrm{HgCl}_2 $ e de segunda ordem em $ \mathrm{C}_2\mathrm{O}_4^{2-} $.
Passo 6
Para verificar se a reação pode ocorrer por um único passo mecânico, precisamos considerar a ordem total da reação. A ordem total é a soma das ordens parciais:
Reações que ocorrem em uma única etapa geralmente têm ordens de reação que correspondem à estoquiometria dos reagentes na equação balanceada. No nosso caso, a equação balanceada mostra 2 mols de $ \mathrm{HgCl}_2 $ e 1 mol de $ \mathrm{C}_2\mathrm{O}_4^{2-} $, o que não corresponde diretamente à nossa lei de velocidade, que tem ordem total 3 (não 3 mols reagentes na equação).
Resposta
Não, a reação não pode ocorrer por um mecanismo de uma única etapa.