Enunciado

A decomposição do cloreto de sulfurila, S O 2 C l 2 , segue uma cinética de primeira ordem e k = 2,81 × 10 - 3   m i n - 1     , em uma de- terminada temperatura. (a) Determine a meia-vida da reação. (b) Determine o tempo necessário para que a concentração de S O 2 C l 2 caia até 10 %   de sua concentração inicial. (c) Se 14,0   g de S O 2 C l 2 foram selados em um reator de 2500   L e aquecidos na tempera- tura acima, que massa restará após 1,5   h ?

Passo 1

Para resolver esse exercício, iremos partir da equação de primeira ordem já deduzida da página 573 do Atkins, capítulo 14.

ln ⁡ A t A 0 = - k ∙ t  

Reorganizando temos:

A t = A 0 e - k ∙ t

Passo 2

(a) O tempo de meia vida, é o tempo que leva para concentração inicial cair pela metade.

A t = 1 2 A 0

Substituindo na equação de primeira ordem antes de ser reorganizada (pode ser feito na outra equação) temos:

ln ⁡ 1 2 A 0 A 0 = - k ∙ t  

Relembrando que:

A 0 2 A 0 = A 0 2 ∙ 1 A 0 = 1 2

Aplicando na equação:

ln ⁡ 1 2 = - k ∙ t  

Dividindo ambos os lados por k

ln ⁡ 1 2 k = - t  

Multiplicando ambos os lado por ( - 1 )

- ln ⁡ 1 2 k = t  

Relembrando que

- ln ⁡ a b = ln ⁡ b a

Ficamos com:

ln ⁡ 2 k = t  

Como estamos trabando com tempo de meia vida:

t = t 1 / 2

Então:

t 1 / 2 = ln ⁡ 2 k

Passo 3

Aplicando os valores na equação do tempo de meia vida de primeira ordem, temos:

t 1 / 2 = ln ⁡ 2 2,81 × 10 - 3

t 1 / 2 = 246,67   m i n

Passo 4

(b) Temos que calcular o tempo onde A t = 1 0 100 A 0 = 1 10 A 0

Substituindo na fómula da equação de segunda ordem temos:

ln ⁡ 1 10 A 0 A 0 = - k ∙ t  

Relembrando que:

A 0 10 A 0 = A 0 10 ∙ 1 A 0 = 1 10

Aplicando na equação:

ln ⁡ 1 10 = - k ∙ t  

Dividindo ambos os lados por k

ln ⁡ 1 10 k = - t  

Multiplicando ambos os lado por ( - 1 )

- ln ⁡ 1 10 k = t  

Relembrando que

- ln ⁡ a b = ln ⁡ b a

Ficamos com:

ln ⁡ 10 k = t  

Aplicando na fórmula temos:

t = ln ⁡ 10 2,81 × 10 - 3  

t = 819,43   m i n

Passo 5

(c) Como tempos o tempo e a constante de velocidade, podemos utilizar essa fórmula

A t = A 0 e - k ∙ t

Primeiro precisamos calcular a concentração de A 0 para aplicar na fórmula

    = m M M ∙ V

A 0 = 14 134,965 ∙ 2500

A 0 = 4,15 × 10 - 5   m o l ∙ L - 1

E precisamos converter o tempo para a mesma unidade da constante de velocidade

1,5   h 60   m i n 1   h

Para converter multiplicamos a parte de cima e o resultado é dividido pelo resultado da multiplicação da parte de baixo

1,5   h 60   m i n 1   h = 90   m i n

Aplicando na fórmula, podemos descobrir a A t e em seguida determinar sua massa

A t = 4,15 × 10 - 5 e - ( 2,81 × 10 - 3 ) ∙ 90

A t = 3,22 × 10 - 5   m o l ∙ L - 1  

Passo 6

Agora para determinar a massa, utilizamos a fórmula de concentração

3,22 × 10 - 5 = m 134,965 ∙ 2500

m = 10,86   g

Resposta

(a) t 1 / 2 = 246,67   m i n

(b)   t = 819,43   m i n

(c)   m = 10,86   g

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