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Biblioteca de Química
Curso: Biblioteca de Química > Unidade 17
Lição 3: Equação de Arrhenius e mecanismos de reação- Teoria da colisão
- A equação de Arrhenius
- Formas da equação de Arrhenius
- Como usar a equação de Arrhenius
- Teoria de colisão e a distribuição de Maxwell-Boltzmann
- Leis da velocidade para reações elementares
- Mecanismos e a etapa determinante da velocidade
- Mecanismos de reação
- A aproximação pré-equilíbrio
- Perfis de energia de reação com várias etapas
- Catalisadores
- Tipos de catalisadores
- Tipos de catalisadores
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A aproximação pré-equilíbrio
A aproximação pré-equilíbrio é usada para encontrar a lei da velocidade para uma reação com uma etapa inicial rápida e reversível. Neste método, primeiro escrevemos a lei da velocidade com base na etapa lenta (que determina a velocidade). Depois, para eliminar quaisquer intermediários da lei da velocidade, usamos a etapa inicial rápida para calcular as concentrações intermediárias em função das concentrações de reagente e/ou produto. Versão original criada por Jay.
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Transcrição de vídeo
RKA3JV - Alô, alô, moçada!
Tudo bem com vocês? Hoje nós falaremos sobre a aproximação
da lei da velocidade para uma reação química. Por exemplo, vejamos a reação
entre o óxido nítrico e bromo. Na primeira etapa da reação,
o óxido nítrico combina-se com o bromo para formar NOBr₂. E na segunda etapa da reação, o NOBr₂ reage com o NO
para formar o produto 2NOBr. O NOBr₂ é gerado desde
a primeira etapa da reação. Então, este é utilizado na segunda
etapa da reação química. Já que o NOBr₂ não estava lá
no começo da reação e também não está lá no final dela, chamamos o NOBr₂ de intermediário. A primeira etapa da reação é rápida. A segunda etapa da reação,
no entanto, é lenta. Podemos escrever a lei da velocidade
para a reação geral. Temos, então, que a velocidade "V"
é igual à constante K2, já que estamos falando
da reação 2, e multiplicamos essa constante K2
pela concentração dos reagentes. Ou seja, a concentração de NOBr₂,
e a concentração de NO. Nossa equação está balanceada, podemos colocar agora
os coeficientes nesta equação na forma de expoentes. E podemos fazer isso,
pois é uma reação elementar. Ou seja, ela ocorre
em uma única etapa. Então, escrevemos 1 aqui
e 1 aqui também. No entanto, não podemos
deixar a lei da velocidade aqui escrita para a reação geral. De preferência, devemos
escrever essa lei para os nossos reagentes
que são NO e Br₂. O que podemos fazer é assumir que a primeira etapa elementar da nossa reação química chega
ao equilíbrio rapidamente. Se assumirmos isso,
nós podemos usar, então, a aproximação da velocidade ou também para equilíbrio. Se assumimos, então,
que o primeiro passo chega ao equilíbrio rápido, sabemos que quando esta
reação atinge o equilíbrio, a velocidade da reação direta é igual
à velocidade da reação reversa. Então, na reação direta
para a primeira etapa, NO combina com Br₂
para formar NOBr₂. E, na reação reversa,
NOBr₂ se separa para formar NO e Br₂. Portanto, se a velocidade
da reação direta é igual à velocidade da reação
reversa no equilíbrio, nós podemos escrever
a lei da velocidade para as reações direta e reversa. A constante da velocidade
para a reação direta é K1. E nossos dois reagentes
são NO e Br₂. Portanto, temos K1 vezes
a concentração de NO vezes a concentração de Br₂. Uma vez que os coeficientes
da equação estão balanceados, escrevemos aqui um e um
para estes dois reagentes. Como vai ser uma reação elementar,
a gente pode fazer isso, ok? E nós definimos, então, que essa lei da velocidade
de reação direta é igual à lei da velocidade
da reação reversa. A reação reversa tem uma
constante de taxas de "K - 1" e temos apenas NOBr₂
com coeficiente, então, nós multiplicamos o "K - 1" vezes
a concentração de [NOBr₂]¹. Em seguida, o nosso objetivo é encontrar a concentração
de nosso intermediário. Então, se dividimos ambos os lados
da equação por "K - 1", estes se cancelam. E obtemos que a concentração
de nosso NOBr₂ intermediário é igual a K1 vezes a concentração
de NO na primeira potência, vezes a concentração de Br
na primeira potência, dividido por "K - 1". Em seguida, podemos
substituir tudo isso para a concentração
de nosso intermediário. Isto nos dá a lei da velocidade
da reação que é igual a K2 aqui e vamos substituir tudo isso daqui para concentração
do nosso intermediário. Então, isso seria K2 vezes K1, vezes a concentração de NO
na primeira potência, vezes a concentração de Br₂
na primeira potência, divido por "K - 1". Então, ainda temos esta concentração
de NO na primeiro potência. Não se esqueça de incluir
isto no cálculo também. Agora, multiplicamos
as duas constantes e dividimos por uma terceira. Então, multiplicando K2 por K1
e dividindo por "K - 1", isso nos daria uma outra constante que nós podemos chamar
simplesmente de "K". Portanto, "K" é agora
a constante de velocidade para a reação geral. Agora, temos a lei da velocidade para a reação geral, que é igual a "K" vezes a concentração
de NO na primeira potência, vezes NO na primeira potencia. Ou seja, NO². Agora, colocamos aqui a concentração
de bromo na primeira potência. Bom, agora temos
uma lei da velocidade para nossa reação geral em termos da concentração
dos dois reagentes. A velocidade da reação é igual à constante de taxa "K"
vezes a concentração de NO², vezes a concentração de bromo
na primeira potência. Esta lei é determinada
experimentalmente e corresponde à lei que encontramos usando a aproximação
da velocidade de equilíbrio. E se você olhar para os coeficientes
da equação geral, há um 2 na frente do NO,
e um 1 na frente do BR₂. Eu sei que você deve estar
pensando nesse momento: Ah, não era simplesmente
pegar estes coeficientes e transformá-los em expoentes? Olha, isso foi só uma coincidência
para esta reação. Tudo bem? Não podemos simplesmente
pegar os coeficientes para uma equação geral e transformá-los em expoentes
da lei da velocidade. Só podemos fazer isso para
reações elementares. É importante destacar que se
a velocidade de relação direta é igual à velocidade da reação reversa, a concentração do nosso intermediário,
no caso aqui o NOBr₂, permanecerá constante. Bom, por hoje é só! Bons estudos e até a próxima!