- explicar e usar os termos equação de velocidade, ordem de reação, ordem global de reação, constante de velocidade, vida média, etapa determinante da velocidade e intermediário
- (a) compreender e usar equações de velocidade da forma $\text{rate} = k [\text{A}]^m[\text{B}]^n$ (para as quais $m$ e $n$ são 0, 1 ou 2) (b) deduzir a ordem de uma reação a partir de gráficos de concentração-tempo ou de dados experimentais relacionados ao método das velocidades iniciais e ao método da vida média (c) interpretar dados experimentais em forma gráfica, incluindo gráficos de concentração-tempo e velocidade-concentração (d) calcular uma velocidade inicial usando dados de concentração (e) construir uma equação de velocidade
- (a) demonstrar compreensão de que a vida média de uma reação de primeira ordem é independente da concentração (b) usar a vida média de uma reação de primeira ordem em cálculos
- calcular o valor numérico de uma constante de velocidade, por exemplo, por: (a) usando as velocidades iniciais e a equação de velocidade (b) usando a vida média, $t_{\frac{1}{2}}$, e a equação $k = 0.693/t_{\frac{1}{2}}$
- para uma reação de múltiplas etapas: (a) sugerir um mecanismo de reação consistente com a equação de velocidade e a equação da reação global (b) prever a ordem que resultaria de um mecanismo de reação e etapa determinante da velocidade dados (c) deduzir uma equação de velocidade usando um mecanismo de reação e etapa determinante da velocidade dados para uma reação dada (d) identificar um intermediário ou catalisador a partir de um mecanismo de reação dado (e) identificar a etapa determinante da velocidade a partir de uma equação de velocidade e um mecanismo de reação dado
- descrever qualitativamente o efeito da mudança de temperatura na constante de velocidade e, consequentemente, na velocidade de uma reação
Cinética de reação
Química do A-Level · Tópico 26
8:01
Cinética de reação (A2)
Aqui está uma reação real: peróxido de hidrogênio reagindo com íons iodeto em meio ácido. Olhe para a equação balanceada. Usa dois íons iodeto e dois íons de hidrogênio…
Narração em inglês · Legendas em inglês + 中文 gravadas
26.1
Equações de velocidade e ordens
Programa
Fonte: Programa Cambridge International
Uma equação de velocidade 速率方程 mostra como a velocidade depende das concentrações dos reagentes:
$$\text{rate} = k\,[\text{A}]^m[\text{B}]^n$$
- $m$ é a ordem de reação 反应级数 em relação a A, e $n$ a ordem em relação a B. Cada uma é $0$, $1$ ou $2$.
- a ordem total de reação 总反应级数 é $m + n$.
- $k$ é a constante de velocidade 速率常数. A equação de velocidade só pode ser encontrada experimentalmente, não a partir da equação balanceada.
Encontrando a ordem
- método das velocidades iniciais: altere uma concentração de cada vez e veja como a velocidade inicial muda. Se dobrar $[\text{A}]$ dobra a velocidade, a ordem em A é 1; se quadruplica a velocidade, a ordem é 2; se a velocidade não muda, a ordem é 0.
Exemplo resolvido. Em experimentos sobre $\text{A} + \text{B} \rightarrow$ produtos, dobrar $[\text{A}]$ (com $[\text{B}]$ fixo) dobra a velocidade, e dobrar $[\text{B}]$ (com $[\text{A}]$ fixo) quadruplica a velocidade. Escreva a equação de velocidade e dê a ordem total.
Dobrar $[\text{A}]$ dobra a velocidade, então primeira ordem em A. Dobrar $[\text{B}]$ quadruplica ($2^2$) a velocidade, então segunda ordem em B. Portanto
$$\text{rate} = k[\text{A}][\text{B}]^2, \qquad \text{overall order} = 1 + 2 = 3.$$
- gráficos: um gráfico de concentração versus tempo para uma reação de primeira ordem tem uma meia-vida 半衰期 constante (o tempo para a concentração cair pela metade). Um gráfico de velocidade versus concentração é uma linha reta pela origem para primeira ordem, e uma curva para segunda ordem.
Meia-vida e constante de velocidade
Para uma reação de primeira ordem a meia-vida é constante — não depende da concentração. Você pode encontrar a constante de velocidade a partir dela:
$$k = \frac{0.693}{t_{\frac{1}{2}}}$$
Exemplo resolvido. Uma reação de primeira ordem tem uma meia-vida de $120\ \text{s}$. Encontre sua constante de velocidade.
$$k = \frac{0.693}{t_{1/2}} = \frac{0.693}{120} = 5.8 \times 10^{-3}\ \text{s}^{-1}.$$
Você também pode encontrar $k$ inserindo dados de velocidade inicial na equação de velocidade.
Explorar
Equações de velocidade & ordens
[A] = [A]₀·bᵗ
Uma reação de primeira ordem decai exponencialmente — meias-vidas iguais.
Vocabulário
Treinar
| Inglês | Chinês | Pinyin |
|---|---|---|
| rate equation/reɪt ɪˈkweɪʒn/ | 速率方程 | sù lǜ fāng chéng |
| order of reaction/ˈɔːdə ɒv rɪˈækʃn/ | 反应级数 | fǎn yìng jí shù |
| overall order of reaction/ˌəʊvəˈrɔːl ˈɔːdə ɒv rɪˈækʃn/ | 总反应级数 | zǒng fǎn yìng jí shù |
| rate constant/reɪt ˈkɒnstənt/ | 速率常数 | sù lǜ cháng shù |
| half-life/hɑːf laɪf/ | 半衰期 | bàn shuāi qī |
26.1
Mecanismos de reação
A maioria das reações ocorre em várias etapas. A etapa mais lenta é a etapa determinante da velocidade 决速步骤, e controla a velocidade geral. Apenas as espécies envolvidas até e incluindo esta etapa aparecem na equação de velocidade.
- um intermediário 中间体 é uma espécie formada em uma etapa e consumida em uma etapa posterior. Não está na equação global.
- você pode sugerir um mecanismo que se encaixe tanto na equação de velocidade quanto na equação global, prever a ordem a partir de um mecanismo dado ou identificar a etapa determinante da velocidade.
Se comparar as velocidades iniciais 初始速率 de diferentes misturas, pode deduzir a equação de velocidade e, a partir dela, determinar o mecanismo.
Efeito da temperatura
Aumentar a temperatura eleva a constante de velocidade $k$ (mais moléculas ultrapassam a energia de ativação), logo a velocidade aumenta.
Explorar
Rota do mecanismo orgânico
Rastreie o movimento de pares de elétrons do reagente ao produto.
Vocabulário
Treinar
| Inglês | Chinês | Pinyin |
|---|---|---|
| rate-determining step/reɪt dɪˈtɜːmɪnɪŋ step/ | 决速步骤 | jué sù bù zhòu |
| intermediate/ˌɪntəˈmiːdɪət/ | 中间体 | zhōng jiān tǐ |
| initial rate/ɪˈnɪʃl reɪt/ | 初始速率 | chū shǐ sù lǜ |
26.2
Catalisadores
Programa
- explicar que catalisadores podem ser homogêneos ou heterogêneos
- descrever o modo de ação de um catalisador heterogêneo para incluir a adsorção de reagentes, enfraquecimento de ligações e dessorção de produtos, por exemplo: (a) ferro no processo Haber (b) paládio, platina e ródio na remoção catalítica de óxidos de nitrogênio dos gases de escape de motores de automóveis
- descrever o modo de ação de um catalisador homogêneo por ser usado em uma etapa e reformado em uma etapa posterior, por exemplo: (a) óxidos de nitrogênio atmosféricos na oxidação do dióxido de enxofre atmosférico (b) $\text{Fe}^{2+}$ ou $\text{Fe}^{3+}$ na reação $\text{I}^- / \text{S}_2\text{O}_8^{2-}$
Fonte: Programa Cambridge International
Catalisadores 催化剂 podem ser homogêneos ou heterogêneos.
Catalisadores heterogêneos
Um catalisador heterogêneo 多相催化剂 está em estado físico diferente dos reagentes (geralmente sólido com gases). Ele atua em três etapas:
- adsorção 吸附: as moléculas do reagente aderem à superfície do catalisador.
- as ligações nos reagentes são enfraquecidas, permitindo que reajam mais facilmente.
- dessorção 脱附: as moléculas do produto deixam a superfície.
Exemplos incluem ferro no processo Haber, e platina, paládio e ródio em conversores catalíticos.
Catalisadores homogêneos
Um catalisador homogêneo 均相催化剂 está no mesmo estado físico dos reagentes. É consumido em uma etapa e reformado em uma etapa posterior, retornando inalterado. Exemplos incluem óxidos de nitrogênio ajudando a oxidar dióxido de enxofre atmosférico, e $\text{Fe}^{2+}$ ou $\text{Fe}^{3+}$ acelerando a reação entre $\text{I}^-$ e $\text{S}_2\text{O}_8^{2-}$.
Explorar
Como um catalisador acelera uma reação
Ligue o catalisador e veja a velocidade saltar — ele oferece mais colisões bem-sucedidas por segundo através de um caminho de menor energia.
Vocabulário
Treinar
| Inglês | Chinês | Pinyin |
|---|---|---|
| catalyst/ˈkætəlɪst/ | 催化剂 | cuī huà jì |
| heterogeneous catalyst/ˌhetrəˈdʒiːnɪəs ˈkætəlɪst/ | 多相催化剂 | duō xiāng cuī huà jì |
| adsorption/ədˈsɔːpʃn/ | 吸附 | xī fù |
| desorption/dɪˈsɔːpʃn/ | 脱附 | tuō fù |
| homogeneous catalyst/həˈməʊdʒnɪəs ˈkætəlɪst/ | 均相催化剂 | jūn xiāng cuī huà jì |
26.2
Dicas de prova
- Encontre as ordens a partir de dados de velocidade inicial: dobrar uma concentração que dobra a velocidade indica primeira ordem, quadruplica indica segunda ordem, sem mudança indica zero ordem.
- Escreva $\text{rate} = k[\text{A}]^m[\text{B}]^n$ e determine as unidades de $k$ a partir dele.
- A etapa determinante da velocidade contém as espécies (e ordens) presentes na equação de velocidade — use isso para testar um mecanismo.
- Uma meia-vida constante indica primeira ordem.
Aulas interativas sobre este tópico
Passe por ele passo a passo, com exercícios de verificação instantânea.