Iniciante
a) Uma reação é elementar se ocorre em uma única etapa, conforme representa diretamente sua equação química (a reação ocorre em uma única colisão, de forma direta, sem que haja vários passos ou reações diferentes).
b) A lei de velocidade esperada é da forma v = k[A][B]2[C]7, nessa situação.
c) Não, é improvável que essa reação ocorra de forma elementar: se o fosse, necessitaria da colisão simultânea de 10 moléculas com geometria e energia adequadas, o que é uma situação altamente improvável no contexto do movimento caótico das partículas proposto pela Teoria das Colisões – de modo que seria um processo extremamente lento, o que contraria as observações experimentais apresentadas.
Intermediário
a) Não, é improvável que essa reação ocorra de forma elementar: se o fosse, necessitaria da colisão simultânea de 10 moléculas com geometria e energia adequadas, o que é uma situação altamente improvável no contexto do movimento caótico das partículas proposto pela Teoria das Colisões – de modo que seria um processo extremamente lento, o que contraria as observações experimentais apresentadas.
b) A técnica para obter os coeficientes é dividir leis de velocidades de diferentes experimentos, considerando que a constante de velocidade é igual para todos:
Utilizando os experimentos II e III, obtém-se o coeficiente a do reagente A:
(0,230/0,115)a = 0,1370/0,0484 ⇔ a = [log 0,1370/0,0484]/[log 0,230/0,115] = 1,50
Utilizando os experimentos III e IV, obtém-se o coeficiente b do reagente B:
(0,175/0,230)1,50. (0,050/0,030)b = 0,1174/0,1370 ⇔ b = 0,50
Utilizando os experimentos I e IV, obtém-se o coeficiente c do reagente C:
(0,175/0,050)1,50 . (0,050/0,030)c = 0,1174/0,0158 ⇔ c = 0,25
A lei de velocidade experimental é v = k[A]1,50[B]0,50[C]0,25.
Conclui-se que a reação não pode ser elementar, pelo fato dos coeficientes da lei experimental serem valores diferentes dos coeficientes estequiométricos (além disso, reações elementares não podem apresentar coeficientes fracionários na lei).
c) Da lei de velocidade:
k = v/([A]1,50[B]0,50[C]0,25)
Ao substituir os valores de um experimento específico (qualquer um dos quatro fornece o mesmo valor nesse caso em específico), obtém-se que k = 0,0152 (L/mol)1,25 s-1.
Avançado
a) A técnica para obter os coeficientes é dividir leis de velocidades de diferentes experimentos, considerando que a constante de velocidade é igual para todos:
Utilizando os experimentos II e III, obtém-se o coeficiente a do reagente A:
(0,230/0,115)a = 0,1370/0,0484 ⇔ a = [log 0,1370/0,0484]/[log 0,230/0,115] = 1,50
Utilizando os experimentos III e IV, obtém-se o coeficiente b do reagente B:
(0,175/0,230)1,50. (0,050/0,030)b = 0,1174/0,1370 ⇔ b = 0,50
Utilizando os experimentos I e IV, obtém-se o coeficiente c do reagente C:
(0,175/0,050)1,50 . (0,050/0,030)c = 0,1174/0,0158 ⇔ c = 0,25
A lei de velocidade experimental é v = k[A]1,50[B]0,50[C]0,25.
Conclui-se que a reação não pode ser elementar, pelo fato dos coeficientes da lei experimental serem valores diferentes dos coeficientes estequiométricos (além disso, reações elementares não podem apresentar coeficientes fracionários na lei).
b) Da lei de velocidade:
k = v/([A]1,50[B]0,50[C]0,25)
Ao substituir os valores de um experimento específico (qualquer um dos quatro fornece o mesmo valor nesse caso em específico), obtém-se que k = 0,0152 (L/mol)1,25 s-1.
c) Da equação de Arrhenius, obtém-se que:
ln(v2/v1) = Ea (T1-1 – T2-1) / R
Ea = R ln(v2/v1)/(T1-1 – T2-1) = R ln(20,4)/[298-1 – 318-1] = 118,8kJ mol-1
d) Da equação de Arrhenius, obtém-se que:
ln(v2/v1) = Ea (T1-1 – T2-1) / R
T2-1 = T1-1 - R ln(v2/v1)/ Ea ⇔ T2 = 312K = 39°C