A reação de substituição unimolecular
se processa em duas etapas elementares, por exemplo:
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A primeira etapa, a formação do carbocátion, é a etapa determinante de velocidade. Explique o que isso significa e o que isso diz sobre a lei de velocidade da reação.
A primeira etapa, a formação do carbocátion, é a etapa determinante de velocidade. Explique o que isso significa e o que isso diz sobre a lei de velocidade da reação.
Passo 1
Vamos dar uma olhada no que está acontecendo. O exercício fala sobre uma reação de substituição unimolecular, também conhecida como Sₙ1, que acontece em duas etapas. Na primeira etapa, um carbocátion (que é um íon carregado positivamente) é formado, e essa etapa é a que decide quão rápido a reação vai acontecer. Nosso objetivo é entender o que isso significa e como isso influencia a lei de velocidade da reação.
Passo 2
Primeiro, é importante saber que reações químicas nem sempre acontecem de uma vez só. Muitas vezes, elas ocorrem em etapas, chamadas de etapas elementares. Em cada etapa, certas moléculas reagem para formar intermediários até que o produto final seja formado. A etapa que demora mais para ocorrer é chamada de etapa determinante de velocidade porque ela “controla” a rapidez com que a reação completa acontece.
Passo 3
No caso da reação Sₙ1 que estamos analisando, a primeira etapa é a formação do carbocátion a partir de
. Já que essa é a etapa determinante de velocidade, significa que ela é a mais lenta das duas. As etapas seguintes, como a reação do carbocátion com o íon hidróxido (
), acontecem mais rapidamente e, por isso, não afetam significativamente a velocidade total da reação.
Passo 4
Agora, vamos falar sobre a lei de velocidade da reação. A lei de velocidade descreve como a velocidade da reação depende das concentrações dos reagentes. Como a etapa mais lenta (determinante) envolve apenas o
se decompondo para formar o carbocátion, a velocidade da reação vai depender apenas da concentração desse composto.
Matematicamente, a lei de velocidade pode ser escrita como:
Aqui,
é a constante de velocidade da reação.
Resposta
A etapa determinante de velocidade significa que a formação do carbocátion é a parte mais lenta da reação e, portanto, controla a velocidade total da reação. Isso faz com que a lei de velocidade da reação dependa apenas da concentração de
, sendo expressa por: