Utilize a aproximação de estado estacionário para determinar a lei de velocidade para as seguintes reações considerando os mecanismos propostos:
Discuta com base nos mecanismos dados se a velocidade de reação depende ou não do pH do meio reacional.
Discuta com base nos mecanismos dados se a velocidade de reação depende ou não do pH do meio reacional.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Primeiro, o que a questão está pedindo? Estamos trabalhando com cinética química, especificamente usando a aproximação de estado estacionário para determinar a lei de velocidade de uma reação química. Além disso, precisamos analisar se a velocidade da reação depende do pH do meio. Para resolver isso, vamos precisar entender o mecanismo da reação proposto e aplicar a teoria da estado estacionário.
Passo 2
Vamos começar lembrando o que é a aproximação de estado estacionário. Basicamente, assumimos que a concentração dos intermediários na reação permanece constante ao longo do tempo, ou seja, a taxa de formação deles é igual à taxa de consumo. Isso simplifica bastante a hora de derivar a lei de velocidade.
Passo 3
Agora, vamos olhar para o mecanismo da reação. Normalmente, o mecanismo é composto por uma ou mais etapas elementares. Cada etapa tem sua própria taxa, e a lei de velocidade geral é determinada pela etapa que é limitante, ou seja, a mais lenta. Infelizmente, sem o mecanismo específico, vamos supor que temos uma etapa rápida seguida de uma etapa lenta que envolve a formação de um intermediário.
Passo 4
Vamos supor que a reação tenha o seguinte mecanismo simplificado:
- $ A + B \rightarrow C $ (rápida)
- $ C \rightarrow D + E $ (lenta)
Aqui, $ C $ é o intermediário. Aplicando a aproximação de estado estacionário, a taxa de formação de $ C $ é igual à taxa de consumo de $ C $.
Passo 5
Escrevemos as expressões de taxa para cada etapa:
-
Para a primeira etapa (rápida):
-
Para a segunda etapa (lenta):
Usando a aproximação de estado estacionário:
Passo 6
Vamos resolver para
:
Passo 7
A lei de velocidade da reação lenta é:
Substituindo
Passo 8
Agora, sobre a dependência do pH. Se o pH afeta a concentração dos reagentes ou intermediários (como
), ou se está envolvido no mecanismo da reação (por exemplo, participando de etapas de protonação/desprotonação), então a velocidade da reação dependerá do pH.
Passo 9
Sem detalhes específicos do mecanismo, podemos dizer que se o pH altera as espécies químicas presentes ou a taxa das etapas, a velocidade da reação dependerá do pH. Caso contrário, se o pH não interfere nas etapas do mecanismo, a velocidade não dependerá do pH.
Resposta
A lei de velocidade da reação, usando a aproximação de estado estacionário, é:
Além disso, a velocidade da reação depende do pH do meio reacional se o pH influenciar as concentrações dos reagentes ou intermediários envolvidos no mecanismo da reação.