Lei da Velocidade – Simples e Prático (Cinética Química)

Dominar a Lei da Velocidade das reações químicas é simples e prático. Não há mistérios!! E se você pretende acertar qualquer questão de provas, vestibulares e ENEM, acompanhe este artigo até o final que você vai se surpreender. No fim do artigo há um vídeo de resolução de questão.

Primeiramente, saiba que da mesma forma que a velocidade de um automóvel mostra o quão rápido ele varia sua posição, a lei da velocidade mostra o quão rápido uma reação química acontece, seja pelo consumo de reagentes, seja pela formação de produtos.

Se os reagentes variam muito sua concentração molar (mol/L) em um curto tempo, dizemos que ele tem alta velocidade, ou seja, ele é consumido rapidamente. O interessante é que a velocidade da reação química não é constante, ela varia de acordo com a concentração. A lei da velocidade lhe fornece o valor instantâneo da velocidade a uma determinada concentração de reagentes.

Não imagina como?

Deixa eu te ensinar.

Imagine a seguinte reação química:

Lei da Velocidade -Reação Química

Essa reação mostra que os reagentes A e B serão consumidos, enquanto os produtos C e D serão produzidos.

Inicialmente, ou seja, antes de acontecer qualquer reação, eu tenho os valores máximos de concentração de reagentes, e não tenho nenhum produto produzido. Contudo, à medida que se inicia a reação química, meus reagentes vão sendo consumidos e produtos vão sendo produzidos. A partir daí a concentração molar dos reagentes tendem a diminuir e a velocidade da reação também tende a diminuir, já que depende do valor instantâneo da concentração.

A lei da velocidade da reação mostra o valor da velocidade instantânea da reação, que dependem da concentração dos reagentes. Visualize:

Lei da Velocidade - fórmula

Onde:

v é o valor da velocidade;

k é a constante de velocidade;

[A] é a concentração do reagente A em mol/L;

[B] é a concentração do reagente B em mol/L ;

a e b são ordens da reação em relação aos regentes A e B respectivamente.

Esta é a fórmula da lei da velocidade. Ela mostra que a velocidade de uma reação química é proporcional às concentrações de seus reagentes, cuja constante de proporcionalidade coincide com a constante de velocidade. Essa constante de velocidade é bastante dependente da temperatura em que acontece a reação. Para cada temperatura há uma constante de velocidade específica.

Portanto:

A lei da velocidade define a velocidade instantânea da reação química, a depender da concentração dos reagentes.

ATENÇÃO: Todas as questões de prova vão considerar as concentrações iniciais do sistema e consequentemente as velocidades iniciais. Desta forma, não se preocupe em ter que calcular a concentração em um instante diferente do inicial. SEMPRE as concentrações iniciais serão informadas no enunciado.

A lei da velocidade é definida de forma experimental.

Isso significa que para definir sua lei da velocidade é preciso montar a reação química e monitorar a concentração dos reagentes a cada instante. A partir desse monitoramento é que se consegue definir o quanto um determinado reagente influencia a velocidade de uma determinada reação. Esse monitoramento é feito de forma experimental em laboratórios.

ATENÇÃO: As informações experimentais sempre serão informadas em formas de tabelas no enunciado da questão, como pode ser visto logo abaixo do artigo.

Chamo atenção para o trecho: “ definir o quanto um determinado reagente influencia a velocidade de uma determinada reação”, pois isso é definido pela ORDEM DA REAÇÃO. Quanto MAIOR A ORDEM DA REAÇÃO de um determinado reagente, mais ele influencia na velocidade da reação, o que significa que uma variação de concentração dos reagentes impacta mais a velocidade da reação.

Portanto:

Quanto maior a ordem da reação, maior influência na lei de velocidade.

Vamos aprender a calcular a ordem de reação mais à frente. Agora, vamos estudar a questão seguinte do vestibular da UNIRIO.

Lei da Velocidade - Exercício

Na questão, hidrogênio gasoso reage com monóxido de nitrogênio, para formar nitrogênio gasoso e água. Isso quer dizer que o hidrogênio e o monóxido nitrogênio são os reagentes, enquanto o nitrogênio e a água são os produtos.

A questão mostra 5 experimentos (Coluna 1) em que foram colocadas concentrações de hidrogênio (Coluna 2) e monóxido de nitrogênio (Coluna 3) e avaliados a velocidade da reação (Coluna 4). Os dados mostrados na tabela serão primordiais para determinar a lei da velocidade da reação.

Perceba que para cada conjunto de concentrações de reagentes tem-se uma velocidade definida da reação.

É a partir desses dados que poderemos definir uma lei da velocidade que determinará como a velocidade da reação varia em função da concentração dos reagentes.

Como será feito isso?

Continue lendo este artigo que você vai aprender como determinar a lei da velocidade.

Lei da Velocidade – PASSO A PASSO para determinar a lei da velocidade a partir das tabelas de experimentos

PASSO 1- Lei da velocidade-  Selecione os pares de experimentos.

Primeiramente, saiba que você vai comparar sempre PARES DE EXPERIMENTOS. Isso mesmo!!! Sempre escolha dois dos experimentos para comparar.

Como selecionar os pares de experimentos??

Escolha sempre aqueles em que um dos regentes permaneça com mesma concentração, enquanto o outro reagente muda a concentração.

Vamos tomar como exemplo a questão acima da UNIRIO.

Observe os pares de experimentos (1 e 2) e (1 e 3).

Perceba que os experimentos 1 e 2 (Coluna 1) mantiveram a concentração de monóxido de nitrogênio (Coluna 3), enquanto duplicou a concentração de hidrogênio (Coluna 2).

Lei da Velocidade - Exercício- experimentos 1 e 2

Por outro lado, perceba que os experimentos 1 e 3 ( Coluna 1), permaneceu constante a concentração de hidrogênio gasoso (Coluna 2), enquanto duplicou a concentração de monóxido de nitrogênio (Coluna 3).

Lei da Velocidade - Exercício- experimentos 1 e 3

Portanto, os pares de experimentos escolhidos serão (1 e 2) e (1 e 3).

PASSO 2- Lei da velocidade – Verifique quanto a variação da concentração de um reagente influencia a velocidade da reação.

Avalie um par de experimento de cada vez. Vamos ver o par 1 e 2.

Perceba que ao duplicar a concentração de hidrogênio e permanecer constante a de monóxido de nitrogênio a velocidade da reação do experimento 2 duplicou em relação à velocidade do experimento 1 ( Coluna 4).

Lei da Velocidade - Exercício- experimentos 1 e 2- passo 2

Isso quer dizer que uma duplicação da concentração de hidrogênio fez duplicar a velocidade da reação, o que mostra, claramente que a velocidade depende da concentração de hidrogênio gasoso.

Veja o que acontece com o par de experimento 1 e 3.

Ao duplicar a concentração de monóxido de carbono e deixar a de hidrogênio constante a velocidade da reação foi quadruplicada ( aumentada 4x) ( Coluna 4).

Lei da Velocidade - Exercício- experimentos 1 e 3- passo 2

Isso quer dizer que uma duplicação da concentração de monóxido de nitrogênio fez quadruplicar a velocidade da reação, o que mostra, claramente que a velocidade depende da concentração do monóxido de nitrogênio.

PASSO 3 – Lei da Velocidade - Analisando e concluindo a influência na velocidade da reação – Determinação da ordem da reação.

Após verificar o quanto a variação de concentração influencia a velocidade da reação é preciso interpretar as informações para obter conclusões sobre a ordem da reação para cada reagente, fundamental para determinar a lei da velocidade.

Observe a tabela abaixo:

Lei da Velocidade - Tabela Ordem de Reação

Esta tabela ajuda a determinar a ordem de reação de um determinado reagente.

Na questão analisada temos que nos experimentos 1 e 2 houve uma duplicação da concentração (n=2), e um aumento da velocidade de 2 vezes.

Lei da Velocidade - Exercício- experimentos 1 e 2- passo 2

Analisando a tabela acima, conclui-se que quando se duplica a concentração e a velocidade aumenta 2 vezes, temos uma reação de ORDEM 1 em relação àquele reagente que duplicou a concentração. Observe abaixo.

Lei da Velocidade - Tabela Ordem de Reação - exp 1 e 2

Desta forma a ordem da reação relativa ao H2 é 1, ou de primeira ordem.

Se analisarmos agora os experimentos 1 e 3, veremos que a duplicação da concentração de NO aumentou em 4 vezes a velocidade da reação. Veja abaixo:

Lei da Velocidade - Exercício- experimentos 1 e 3- passo 2

Analisando a tabela abaixo, concluímos que a ordem da reação relativa ao NO é 2, reação de 2ª ordem. Visualize:

Lei da Velocidade - Tabela Ordem de Reação - exp 1 e 3

Desta forma a ordem da reação relativa ao NO é 1, ou reação de 2ª ordem relativa ao NO.

Após identificar a ordem de reação relativa a cada reagente, o próximo passo é determinar a lei da velocidade. Vamos aprender!!!

 

PASSO 4 – Determinando a Lei da Velocidade

Após conhecer a ordem de reação de cada reagente, fica fácil de definir a lei da velocidade. Ela SEMPRE seguirá o formato:

Lei da Velocidade - fórmula

onde

v é o valor da velocidade;

k é a constante de velocidade;

[A] é a concentração do reagente A em mol/L;

[B] é a concentração do reagente B em mol/L ;

a e b são ordens da reação em relação aos regentes A e B respectivamente.

Veja alguns exemplos de lei da velocidade abaixo:

Lei da Velocidade - fórmula - exemplos

Perceba que a aparência da lei da velocidade é sempre a mesma, onde dentro dos colchetes se coloca a fórmula molecular do reagente e no expoente se coloca a ordem da reação.

Para a questão em foco, concluímos que a reação é de 1ª odem relativa ao H2 e de 2ª ordem relativa ao NO. Desta forma, a lei de velocidade passa a ser:

Lei da Velocidade - final - exercício

 

Lei da Velocidade – Resumo para sua determinação

Assista ao vídeo abaixo que mostra de forma resumida os passos apresentados acima, bem como a resolução da questão problema.

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