Lei da velocidade e ordem de reação

RKA4MP - Vamos dar uma olhadinha nessa reação, onde eu tenho "A" mais "B" formando produtos. "a" minúsculo e "b" minúsculo representam o coeficiente da nossa equação balanceada. Faz sentido dizer que se nós aumentarmos a concentração de “A” e a concentração de “B”, “A” e “B” estariam muito próximos no espaço e eles provavelmente reagiriam. Portanto, a gente aumentaria a velocidade da nossa reação. E isso é verdade para a maioria das reações: se você aumenta a concentração de seus reagentes, você aumenta a velocidade da sua reação. Nós podemos verificar isso fazendo alguns experimentos. Vamos dizer que nós queremos descobrir qual o efeito que a concentração de “A” tem na nossa velocidade, então nós vamos manter a concentração de "B" constante nos nossos experimentos. Nós mudamos a concentração de "A" aqui e vamos ver como isso afeta a velocidade da reação. Nós iremos usar a velocidade inicial da reação. Isso porque, conforme a reação procede, a concentração dos nossos produtos vai aumentar. E como as reações são reversíveis, então, vou marcar que essa reação é reversível, se a gente tiver alguns produtos presentes, eles podem afetar a velocidade da reação. Mas esse não é o nosso objetivo. O nosso objetivo é descobrir qual o efeito tem a concentração dos nossos reagentes na nossa velocidade. Então, nós usamos a concentração inicial, onde a gente só tem a concentração dos reagentes presentes e nenhum produto. No nosso primeiro experimento, vamos dizer que “A” tem concentração de 1 molar e que a velocidade é de 0,01 molar por segundo. No segundo experimento, nós aumentamos a concentração para 2 molar: a gente tem 2 molar, e deixamos a concentração de “B” constante. A gente observou que a nossa velocidade mudou para 0,02 molar por segundo. Então, se a gente fizer aqui, a gente tem que a nossa concentração “A”, ela aumentou duas vezes, então a gente multiplicou por 2. E a gente pode observar, também, que a gente aumentou a nossa velocidade em duas vezes. Então, a nossa velocidade também aumentou duas vezes. Vamos comparar o primeiro experimento com o terceiro experimento, agora. Então, e gente começou com uma concentração de 1 molar e, aqui, a gente foi para uma concentração de 3 molar. Então, a gente aumentou a nossa concentração de “A” em três vezes. Então, aqui a gente multiplica por 3. Agora, perceba a velocidade: a gente saiu de 0,01 molar por segundo para 0,03 molar por segundo; e isso quer dizer que a gente aumentou a velocidade em três vezes também. Para descobrir as relações, você deve pensar consigo mesmo: 2 elevado a qual potência "x" vai ser igual a 2? Obviamente, aqui a gente vai ter que 2 elevado a 1, então nosso "x" vai ser igual a 1, 2¹ é igual a 2. E nós podemos fazer isso com a outra comparação: 3 elevado a qual número "y" vai me dar o resultado 3? Se a gente fizer aqui, a gente tem também que 3¹ vai ser igual a 3. Então, a velocidade da nossa reação, ela é proporcional, é isso que esse símbolo engraçado (∝) diz, é proporcional à concentração de “A” elevado à potência 1. Vamos fazer a mesma coisa para a concentração de “B” agora. Nós fizemos alguns experimentos onde a gente mudou a concentração de “B” e nós vimos qual o efeito disso na velocidade inicial. Então, para todos esses experimentos que eu tenho aqui, eu vou manter a concentração de “A” constante. Portanto, qualquer coisa que eu fizer em “B” será refletido na velocidade da reação. No nosso primeiro experimento, a gente tem que “B” é 1 molar, a concentração de “B” é 1 molar, e que a velocidade inicial aqui é de 0,01 molar por segundo. Agora, vamos ao segundo experimento: a gente tem, aqui, que a concentração de “B” é de 2 molar e que a velocidade foi para 0,04 molar por segundo. Então, a gente pode dizer, aqui, que a gente aumentou a concentração de “B” em duas vezes e que a gente aumentou a velocidade em quatro vezes, porque a gente saiu de 0,01 para 0,04. Então, a gente aumentou a velocidade em quatro vezes. Agora, vamos comparar o primeiro experimento com o último experimento, com o terceiro. A gente tem aqui, no terceiro, uma concentração de 3 molar. A gente saiu de uma concentração de 1 e foi para uma concentração de 3. Então, isso quer dizer que eu aumentei a minha concentração de “B” em três vezes, então, aqui, multiplicado por 3. E a velocidade? Perceba que a gente saiu de 0,01 molar por segundo para 0,09 molar por segundo. Isso quer dizer que a gente aumentou a velocidade em nove vezes. Agora, tenho que pensar: eu tenho que elevar 2 a qual número para obter resultado 4? Se a gente fizer essa continha, vamos ter 2² que vai me dar 4. E a gente pode fazer a mesma coisa aqui, para baixo: eu vou elevar 3 a qual número para obter resultado 9? Também eu vou fazer 3² e, obviamente, isso vai me dar resultado 9. Então, nós podemos dizer que a nossa velocidade, ela vai ser proporcional à minha concentração de “B” elevada a uma potência 2. Agora, nós podemos juntar tudo isso e fazer a lei de velocidade. Então, se eu pegar um pouquinho mais de espaço aqui, a gente vai ter que a velocidade, ela vai ser igual a uma constante “k”, que vai multiplicar a minha concentração de A¹, vezes a minha concentração de B². Vamos colocar os nomes aqui, então. Aqui, a gente tem a velocidade. Então, vou escrever que eu tenho a velocidade da reação. “k” vai ser a constante de velocidade. Então, aqui eu vou colocar que é a constante de velocidade. E agora, a gente pode marcar que a nossa reação vai ser, então, vou marcar aqui, de primeira, vai ser de primeira ordem em “A”. Então, de primeira ordem em “A”. Vamos pegar um pouquinho mais de espaço e eu vou fazer aqui embaixo, para ficar melhor da gente ver que a nossa reação vai ser de segunda ordem em "B". Então, vai ser de segunda ordem em B. Nós também podemos falar da ordem geral da nossa reação. Então, vamos marcar, aqui, a ordem geral da nossa reação. Para a gente descobrir a ordem geral, a gente só precisa somar os expoentes. Então, se a gente somar 1 mais 2, temos que a ordem geral vai ser igual a 3. Vamos voltar para nossa reação geral que nós começamos e vamos escrever a lei geral de velocidade. Então, vamos voltar aqui, para cima, e a gente vai escrever a nossa lei de velocidade. Vamos fazer, aqui, que a velocidade, ela vai ser igual a uma constante “k”, que vai multiplicar a concentração de “A” e vamos colocar, aqui, no expoente "x", vezes a minha concentração de Bʸ. A razão para eu estar te mostrando isso é para que veja que você não pode pegar os seus coeficientes e colocá-los como expoente. Não funciona dessa maneira. Você tem que saber o mecanismo da reação. Essas ordens devem ser determinadas experimentalmente. Então, você tem que olhar os seus dados experimentais e as ordens vão afetar as unidades da sua constante. Bom, vamos ver aqui embaixo, para ficar melhor de visualizar. A gente vai ver quais são as unidades. Então, vou reescrever a constante para ficar melhor da gente visualizar. Então, tenho “k”, a concentração de A¹ vezes a concentração de B². Se a gente pegar um pouquinho mais de espaço aqui, a gente tem que a velocidade é medida em molar por segundo. Aqui, a gente tem a constante “k”, que a gente quer descobrir. A concentração, eu vou medir em molar. Então, a gente tem que ter, aqui, molar. E temos que elevá-lo a 1 vezes molar elevado ao quadrado. Agora, a gente pode cancelar alguns termos: a gente vai ter molar aqui e molar aqui. Então, se a gente resolver o “K”, a gente vai ter que “K” vai ser igual a 1 sobre segundo. Lembre-se que, aqui, a gente vai ter 1. Então, a gente tem, aqui, 1 sobre segundo, vezes molar ao quadrado. Ou você poderia escrever isso como sendo, vamos marcar aqui, ou a gente vai ter que “K” é igual a 1 sobre molar ao quadrado vezes segundo. Essas seriam as unidades para “k”, para uma reação geral de ordem 3. Mas elas podem mudar, certo? Elas podem mudar dependendo da ordem. Agora, vamos olhar essa reação onde temos “A” se transformando em produtos. Se nós olharmos os dois experimentos, no primeiro experimento a gente tem a concentração de “A” como sendo 1 molar e, no segundo experimento, temos a concentração de “A” sendo 2 molar. Perceba a velocidade: aqui, a gente tem a velocidade de 0,01 molar por segundo. E a gente não alterou a velocidade quando a gente aumentou a concentração. Então, a gente pode dizer que a gente aumentou a concentração de “A” em duas vezes, em duas vezes, mas que a gente não mudou a velocidade. Então, a velocidade, a gente faz aqui vezes 1 porque a gente não mudou, então ela vai continuar igual. A gente pode pensar: a qual número tenho que elevar 2 para ter resultado 1? Obviamente, eu tenho que fazer 2⁰ para ter resultado 1. Se nós quisermos escrever a lei de velocidade, a gente vai ter que a nossa velocidade vai ser igual à nossa constante “K” vezes a nossa concentração de A⁰. Se você quiser saber as unidades, a gente tem que a nossa velocidade vai ser medida em molar por segundo. Aqui, como o resultado será 1, a gente não vai ter nenhuma unidade. Então, a unidade para essa constante “k” vai ser molar por segundo. Esse é um exemplo de como as unidades mudam dependendo da ordem geral da sua reação. E não vamos esquecer de marcar, aqui, que essa reação vai ser de ordem zero, ordem zero em “A”.