Para uma reação A longrightarrow B, os seguintes dados cinéticos registrados nos testes cinéticos desenvolvidos a várias temperaturas na faixa de 25^circ C a 45^circ C.
T(min) T=25^circ C T=30^circ C T=35^circ C T=40^circ C T=45^circ C
0 0,750 0,750 0,750 0,750 0,750
15 0,648 0,622 0,590 0,556 0,520
30 0,562 0,530 0,490 0,440 0,400
45 0,514 0,467 0,410 0,365 0,324
60 0,460 0,410 0,365 0,315 0,270
75 0,414 0,378 0,315 0,275 0,235
90 0,385 0,336 0,290 0,243 0,205
(a) A partir dos dados obtidos e determine a ordem da reação. (b) Determine a constante da taxa para cada temperatura. © Após determinar a constante da taxa nas diferentes temperaturas determine a energia de ativação.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado nos apresenta uma reação química e nos dá dados cinéticos em diferentes temperaturas (de a ). Nosso objetivo é:
a) Determinar a ordem da reação.
b) Encontrar a constante de taxa para cada temperatura.
c) Calcular a energia de ativação.
Para resolver isso, vamos usar conceitos de cinética química, como a lei das taxas e a Equação de Arrhenius. Precisaremos analisar como a concentração de varia com o tempo em cada temperatura e aplicar as fórmulas apropriadas para descobrir a ordem da reação e as constantes de taxa.

Passo 2

Primeiro, vamos determinar a ordem da reação. A ordem da reação nos diz como a velocidade da reação depende da concentração dos reagentes. As ordens mais comuns são zero, primeira e segunda.
Para descobrir a ordem, vamos ver qual modelo lineariza melhor os dados:
  • Ordem zero ( ):
  • Primeira ordem ( ):
  • Segunda ordem ( ):
Vamos calcular e para cada temperatura e ver qual gráfico (concentração vs. tempo, ln concentração vs. tempo ou 1/concentração vs. tempo) resulta em uma linha reta. A ordem que produzir a linearidade será a ordem da reação.

Passo 3

Depois de identificar a ordem da reação, vamos calcular a constante de taxa para cada temperatura. Dependendo da ordem:
  • Ordem zero:
  • Primeira ordem:
  • Segunda ordem:
Vamos aplicar a fórmula correspondente a cada ordem nas diferentes temperaturas para encontrar os valores de .

Passo 4

Por fim, com as constantes de taxa em mãos para cada temperatura, vamos usar a Equação de Arrhenius para determinar a energia de ativação ln k = -EaR ( 1T ) + ln A :
Onde:
  • é a constante de taxa
  • é a energia de ativação
  • é a constante dos gases (8,314 J/mol·K)
  • é a temperatura em Kelvin
  • é o fator pré-exponencial
Vamos plotar versus e ajustar uma linha reta. A inclinação dessa linha será , permitindo calcular .

Resposta

a) A ordem da reação é primeira ordem.
b) As constantes de taxa k = ln[A]0 - ln[A]t para cada temperatura são calculadas conforme a equação de primeira ordem:
c) A energia de ativação é determinada utilizando a Equação de Arrhenius, obtendo-se a partir da inclinação da linha de versus .

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Classifique cada uma das seguintes espécies como ácido de Lewis ou base de Lewis: (a) CO2 (b) H2 O © I^-(d) SO2 (e) NH3 (f) OH^-(g) H^+(h) BCl3
Se a taxa de uma reação química duplica a cada aumento de 10^circ C na temperatura, estime o valor da energia de ativação. Assumir que a temperatura inicial é de 25^circ C.
Para a reação A longrightarrow Produtos, os seguintes resultados foram obtidos em um ensaio cinético.
Tempo (horas) [A], M Tempo (horas) [A], M
0 1,24 6 0,442
1 0,960 7 0,402
2 0,775 8 0,365
3 0,655 9 0,335
4 0,560 10 0,310
5 0,502
(a) Verifique a ordem da reação usando o método de integração
(b) Determine a constante da taxa da reação
© Usando a lei da taxa, calcule a meia-vida para o reagente A.
(d) Em que tempo a concentração de A será de 0,380 M?
Identifique e explique quais das espécies você acha que teria o maior raio atômico em cada um dos pares abaixo. Explique usando os critérios discutidos em aula: F ou At.