Cinética Química

Química do AP · Topic 5 · ⁨Tópico 5⁩

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5.1

How Fast a Reaction Goes · ⁨Velocidade de uma Reação⁩

Syllabus · ⁨Programa⁩

English

Learning Objective 5.1.A: Explain the relationship between the rate of a chemical reaction and experimental parameters.

5.1.A.1 The kinetics of a chemical reaction is defined as the rate at which an amount of reactants is converted to products per unit of time.
5.1.A.2 The rates of change of reactant and product concentrations are determined by the stoichiometry in the balanced chemical equation.
5.1.A.3 The rate of a reaction is influenced by reactant concentrations, temperature, surface area, catalysts, and other environmental factors.

Português

Objetivo de Aprendizagem 5.1.A: Explicar a relação entre a velocidade de uma reação química e parâmetros experimentais.

5.1.A.1 A cinética de uma reação química é definida como a taxa na qual uma quantidade de reagentes é convertida em produtos por unidade de tempo.
5.1.A.2 As taxas de variação das concentrações de reagentes e produtos são determinadas pela estequiometria na equação química balanceada.
5.1.A.3 A velocidade de uma reação é influenciada pelas concentrações de reagentes, temperatura, área de superfície, catalisadores e outros fatores ambientais.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Fonte: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

The Maxwell–Boltzmann distribution

Kinetics 动力学 studies reaction rate 反应速率 – how fast reactants become products. Rate is the change in concentration per unit time, and it typically decreases as reactants are used up. Rate rises with higher concentration, higher temperature, greater surface area, and a catalyst.

Português

Conversor catalítico: catalisadores aceleram taxas ao reduzir a energia de ativação sem serem consumidos

Distribuição de Maxwell–Boltzmann

Cinética 动力学 estuda a taxa de reação 反应速率 – quão rápido reagentes se tornam produtos. A taxa é a mudança na concentração por unidade de tempo e tipicamente diminui conforme os reagentes são consumidos. A taxa aumenta com maior concentração, temperatura mais alta, maior área de superfície e um catalisador.

Mais partículas no mesmo volume colidem com mais frequência, então a velocidade aumenta

Seringa de gás: medir volume de gás ao longo do tempo fornece a taxa de reação a partir da inclinação

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Alterar condições e observar a taxa

A taxa da reação aumenta com a temperatura, a concentração e um catalisador — cada um proporciona colisões mais frequentes ou bem-sucedidas. Altere cada um e observe a reação acelerar.

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English · ⁨Inglês⁩	Chinese · ⁨Chinês⁩	Pinyin
Kinetics/kɪˈnetɪks/	动力学	dòng lì xué
reaction rate/rɪˈækʃn reɪt/	反应速率	fǎn yìng sù lǜ
rate law/reɪt lɔː/	速率方程	sù lǜ fāng chéng
rate constant/reɪt ˈkɒnstənt/	速率常数	sù lǜ cháng shù
orders/ˈɔːdəz/	级数	jí shù
catalyst/ˈkætəlɪst/	催化剂	cuī huà jì

5.2

Writing the Rate Law · ⁨Escrevendo a Lei de Velocidade⁩

Syllabus · ⁨Programa⁩

English

Learning Objective 5.2.A: Represent experimental data with a consistent rate law expression.

5.2.A.1 Experimental methods can be used to monitor the amounts of reactants and/or products of a reaction over time and to determine the rate of the reaction.
5.2.A.2 The rate law expresses the rate of a reaction as proportional to the concentration of each reactant raised to a power.
5.2.A.3 The power of each reactant in the rate law is the order of the reaction with respect to that reactant. The sum of the powers of the reactant concentrations in the rate law is the overall order of the reaction.
5.2.A.4 The proportionality constant in the rate law is called the rate constant. The value of this constant is temperature dependent and the units reflect the overall reaction order.
5.2.A.5 Comparing initial rates of a reaction is a method to determine the order with respect to each reactant.

Português

Objetivo de Aprendizagem 5.2.A: Representar dados experimentais com uma expressão de lei de velocidade consistente.

5.2.A.1 Métodos experimentais podem ser usados para monitorar as quantidades de reagentes e/ou produtos de uma reação ao longo do tempo e para determinar a velocidade da reação.
5.2.A.2 A lei de velocidade expressa a velocidade de uma reação como proporcional à concentração de cada reagente elevado a uma potência.
5.2.A.3 A potência de cada reagente na lei de velocidade é a ordem da reação em relação a esse reagente. A soma das potências das concentrações dos reagentes na lei de velocidade é a ordem geral da reação.
5.2.A.4 A constante de proporcionalidade na lei de velocidade é chamada de constante de velocidade. O valor desta constante depende da temperatura e as unidades refletem a ordem geral da reação.
5.2.A.5 Comparar as velocidades iniciais de uma reação é um método para determinar a ordem em relação a cada reagente.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Fonte: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

The rate law 速率方程 relates rate to reactant concentrations:

$$\text{rate}=k[\text{A}]^m[\text{B}]^n,$$

where $k$ is the rate constant 速率常数 and $m,n$ are the orders 级数. Orders are found experimentally (not from the balanced coefficients) by seeing how the rate changes when you change one concentration at a time.

Worked example. In experiments, doubling $[\text{A}]$ makes the rate four times larger, while doubling $[\text{B}]$ leaves the rate unchanged. So the reaction is second order in A ($2^2=4$) and zero order in B, giving $\text{rate}=k[\text{A}]^2$. The overall order is $2+0=2$. Never read the orders off the balanced coefficients – only experiment gives them.

Português

A lei de velocidade 速率方程 relaciona a taxa às concentrações dos reagentes:

$$\text{rate}=k[\text{A}]^m[\text{B}]^n,$$

onde $k$ é a constante de taxa 速率常数 e $m,n$ são as ordens 级数. Ordens são encontradas experimentalmente (não a partir dos coeficientes balanceados) vendo como a taxa muda quando você altera uma concentração de cada vez.

Taxa contra concentração para reações de ordem zero, primeira e segunda

Exemplo resolvido. Em experimentos, dobrar $[\text{A}]$ torna a taxa quatro vezes maior, enquanto dobrar $[\text{B}]$ deixa a taxa inalterada. Então a reação é segunda ordem em A ($2^2=4$) e zero ordem em B, resultando em $\text{rate}=k[\text{A}]^2$. A ordem total é $2+0=2$. Nunca leia as ordens nos coeficientes balanceados – só o experimento as fornece.

5.3

Concentration Over Time · ⁨Concentração ao Longo do Tempo⁩

Syllabus · ⁨Programa⁩

English

Learning Objective 5.3.A: Identify the rate law expression of a chemical reaction using data that show how the concentrations of reaction species change over time.

5.3.A.1 The order of a reaction can be inferred from a graph of concentration of reactant versus time.
5.3.A.2 If a reaction is first order with respect to a reactant being monitored, a plot of the natural log (ln) of the reactant concentration as a function of time will be linear.
5.3.A.3 If a reaction is second order with respect to a reactant being monitored, a plot of the reciprocal of the concentration of that reactant versus time will be linear.
5.3.A.4 The slopes of the concentration versus time data for zeroth, first, and second order reactions can be used to determine the rate constant for the reaction.
- Zeroth order:
- Equation: $[\mathrm{A}]_t - [\mathrm{A}]_0 = -kt$
- First order:
- Equation: $\ln[\mathrm{A}]_t - \ln[\mathrm{A}]_0 = -kt$
- Second order:
- Equation: $1/[\mathrm{A}]_t - 1/[\mathrm{A}]_0 = kt$
5.3.A.5 Half-life is a critical parameter for first order reactions because the half-life is constant and related to the rate constant for the reaction by the equation:
- Equation: $t_{1/2} = 0.693/k.$
5.3.A.6 Radioactive decay processes provide an important illustration of first order kinetics.

Português

Objetivo de Aprendizagem 5.3.A: Identificar a expressão da lei de velocidade de uma reação química usando dados que mostram como as concentrações das espécies da reação mudam ao longo do tempo.

5.3.A.1 A ordem de uma reação pode ser inferida a partir de um gráfico de concentração de reagente versus tempo.
5.3.A.2 Se uma reação for de primeira ordem em relação a um reagente sendo monitorado, um gráfico do logaritmo natural (ln) da concentração do reagente em função do tempo será linear.
5.3.A.3 Se uma reação for de segunda ordem em relação a um reagente sendo monitorado, um gráfico do inverso da concentração desse reagente versus tempo será linear.
5.3.A.4 As inclinações dos dados de concentração versus tempo para reações de ordem zero, primeira e segunda ordem podem ser usadas para determinar a constante de velocidade da reação.
- Ordem zero:
- Equação: $[\mathrm{A}]_t - [\mathrm{A}]_0 = -kt$
- Primeira ordem:
- Equação: $\ln[\mathrm{A}]_t - \ln[\mathrm{A}]_0 = -kt$
- Segunda ordem:
- Equação: $1/[\mathrm{A}]_t - 1/[\mathrm{A}]_0 = kt$
5.3.A.5 A vida média é um parâmetro crítico para reações de primeira ordem porque a vida média é constante e relacionada à constante de velocidade da reação pela equação:
- Equação: $t_{1/2} = 0.693/k.$
5.3.A.6 Processos de decaimento radioativo fornecem uma importante ilustração da cinética de primeira ordem.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Fonte: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

The integrated rate laws describe how concentration falls with time and give straight-line tests:

Zero order: $[\text{A}]$ vs $t$ is linear.
First order: $\ln[\text{A}]$ vs $t$ is linear; constant half-life 半衰期.
Second order: $\dfrac{1}{[\text{A}]}$ vs $t$ is linear.

Whichever plot is straight tells you the order and gives $k$ from its slope.

Worked example. A first-order reaction has rate constant $k=0.030\ \text{s}^{-1}$. Its half-life is

$$t_{1/2}=\frac{0.693}{k}=\frac{0.693}{0.030}=23\ \text{s},$$

and, being first order, that half-life stays the same no matter how much reactant remains – so after $46\ \text{s}$ ($2$ half-lives) one quarter is left.

Português

As leis integradas de velocidade descrevem como a concentração cai com o tempo e fornecem testes de linha reta:

Uma reação de primeira ordem tem meia-vida constante

Ordem zero: $[\text{A}]$ vs $t$ é linear.
Primeira ordem: $\ln[\text{A}]$ vs $t$ é linear; meia-vida 半衰期 constante.
Segunda ordem: $\dfrac{1}{[\text{A}]}$ vs $t$ é linear.

Qualquer gráfico reto indica a ordem e fornece $k$ a partir de sua inclinação.

Exemplo resolvido. Uma reação de primeira ordem tem constante de velocidade $k=0.030\ \text{s}^{-1}$. Sua meia-vida é

$$t_{1/2}=\frac{0.693}{k}=\frac{0.693}{0.030}=23\ \text{s},$$

e, sendo de primeira ordem, essa meia-vida permanece a mesma independentemente de quanto reagente reste – então após $46\ \text{s}$ ($2$ meias-vidas) sobra um quarto.

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Rastrear a concentração enquanto a reação ocorre

À medida que os reagentes são consumidos, a taxa diminui, então uma curva de concentração-tempo é íngreme no início e se nivela. Elevar a temperatura ou adicionar um catalisador a torna mais íngreme.

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English · ⁨Inglês⁩	Chinese · ⁨Chinês⁩	Pinyin
half-life/hɑːf laɪf/	半衰期	bàn shuāi qī
reaction mechanism/rɪˈækʃn ˈmekənɪzəm/	反应机理	fǎn yìng jī lǐ
elementary steps/ˌelɪˈmentəri steps/	基元反应	jī yuán fǎn yìng
intermediates/ˌɪntəˈmiːdɪəts/	中间体	zhōng jiān tǐ

5.4

The Steps a Reaction Really Takes · ⁨Os Passos que uma Reação Realmente Siga⁩

Syllabus · ⁨Programa⁩

English

Learning Objective 5.4.A: Represent an elementary reaction as a rate law expression using stoichiometry.

5.4.A.1 The rate law of an elementary reaction can be inferred from the stoichiometry of the particles participating in a collision.
5.4.A.2 Elementary reactions involving the simultaneous collision of three or more particles are rare.

Português

Objetivo de Aprendizagem 5.4.A: Representar uma reação elementar como uma expressão de lei de velocidade usando estequiometria.

5.4.A.1 A lei de velocidade de uma reação elementar pode ser inferida a partir da estequiometria das partículas que participam de uma colisão.
5.4.A.2 Reações elementares envolvendo a colisão simultânea de três ou mais partículas são raras.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Fonte: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

A reaction mechanism 反应机理 is the sequence of elementary steps 基元反应 that actually occur. Their molecularity (how many particles collide in a step) sets that step's rate law directly. Species made in one step and used up in a later one are intermediates 中间体.

Português

Um mecanismo de reação 反应机理 é a sequência de etapas elementares 基元反应 que realmente ocorrem. Sua molecularidade (quantas partículas colidem em uma etapa) define diretamente a lei de velocidade daquela etapa. Espécies criadas em uma etapa e consumidas em uma posterior são intermediários 中间体.

5.5

Why Collisions Do or Do Not React · ⁨Por Que Colisões Resultam ou Não em Reação⁩

Syllabus · ⁨Programa⁩

English

Learning Objective 5.5.A: Explain the relationship between the rate of an elementary reaction and the frequency, energy, and orientation of particle collisions.

5.5.A.1 For an elementary reaction to successfully produce products, reactants must successfully collide to initiate bond-breaking and bond-making events.
5.5.A.2 In most reactions, only a small fraction of the collisions leads to a reaction. Successful collisions have both sufficient energy to overcome the activation energy requirements and orientations that allow the bonds to rearrange in the required manner.
5.5.A.3 The Maxwell-Boltzmann distribution curve describes the distribution of particle energies; this distribution can be used to gain a qualitative estimate of the fraction of collisions with sufficient energy to lead to a reaction, and also how that fraction depends on temperature.

Português

Objetivo de Aprendizagem 5.5.A: Explicar a relação entre a velocidade de uma reação elementar e a frequência, energia e orientação das colisões de partículas.

5.5.A.1 Para que uma reação elementar produza produtos com sucesso, os reagentes devem colidir com sucesso para iniciar eventos de ruptura e formação de ligações.
5.5.A.2 Na maioria das reações, apenas uma pequena fração das colisões leva a uma reação. Colisões bem-sucedidas possuem tanto energia suficiente para superar os requisitos de energia de ativação quanto orientações que permitem que as ligações se rearranjem da maneira necessária.
5.5.A.3 A curva de distribuição de Maxwell-Boltzmann descreve a distribuição de energias das partículas; essa distribuição pode ser usada para obter uma estimativa qualitativa da fração de colisões com energia suficiente para levar a uma reação, e também como essa fração depende da temperatura.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Fonte: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Collision theory

Collision theory 碰撞理论: molecules must collide with enough energy (the activation energy 活化能, $E_a$) and the correct orientation to react. Higher temperature means more molecules exceed $E_a$, so the reaction speeds up sharply.

Português

Teoria das colisões

Teoria das colisões 碰撞理论: moléculas devem colidir com energia suficiente (a energia de ativação 活化能, $E_a$) e a orientação correta para reagir. Temperatura mais alta significa mais moléculas acima de $E_a$, então a reação acelera drasticamente.

Uma colisão só reage com a orientação certa e energia suficiente — Uma colisão só resulta em reação se tiver a orientação correta e energia suficiente

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Quais moléculas superam a energia de ativação

Apenas colisões com energia acima da energia de ativação reagem. O aquecimento desloca a distribuição de velocidades para a direita, de modo que uma fração muito maior de moléculas pode reagir.

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English · ⁨Inglês⁩	Chinese · ⁨Chinês⁩	Pinyin
Collision theory/kəˈlɪʒn ˈθɪəri/	碰撞理论	pèng zhuàng lǐ lùn
activation energy/ˌæktɪˈveɪʃn ˈenədʒi/	活化能	huó huà néng
energy profile/ˈenədʒi ˈprəʊfaɪl/	能量图	néng liàng tú
transition state/trænˈsɪʃn steɪt/	过渡态	guò dù tài

5.6

Reading an Energy Profile · ⁨Lendo um Perfil de Energia⁩

Syllabus · ⁨Programa⁩

English

Learning Objective 5.6.A: Represent the activation energy and overall energy change in an elementary reaction using a reaction energy profile.

5.6.A.1 Elementary reactions typically involve the breaking of some bonds and the forming of new ones.
5.6.A.2 The reaction coordinate is the axis along which the complex set of motions involved in rearranging reactants to form products can be plotted.
5.6.A.3 The energy profile gives the energy along the reaction coordinate, which typically proceeds from reactants, through a transition state, to products. The energy difference between the reactants and the transition state is the activation energy for the forward reaction.
5.6.A.4 The rate of an elementary reaction is temperature dependent because the proportion of particle collisions that are energetic enough to reach the transition state varies with temperature. The Arrhenius equation relates the temperature dependence of the rate of an elementary reaction to the activation energy needed by molecular collisions to reach the transition state.
- Exclusion statement: Calculations involving the Arrhenius equation will not be assessed on the AP Exam.

Português

Objetivo de Aprendizagem 5.6.A: Representar a energia de ativação e a variação de energia total em uma reação elementar usando um perfil energético da reação.

5.6.A.1 Reações elementares tipicamente envolvem a ruptura de algumas ligações e a formação de novas.
5.6.A.2 A coordenada de reação é o eixo ao longo do qual o conjunto complexo de movimentos envolvidos no rearranjo de reagentes para formar produtos pode ser plotado.
5.6.A.3 O perfil energético fornece a energia ao longo da coordenada de reação, que tipicamente proceede dos reagentes, através de um estado de transição, até os produtos. A diferença de energia entre os reagentes e o estado de transição é a energia de ativação para a reação direta.
5.6.A.4 A velocidade de uma reação elementar depende da temperatura porque a proporção de colisões de partículas que são energéticas o suficiente para atingir o estado de transição varia com a temperatura. A equação de Arrhenius relaciona a dependência da temperatura da velocidade de uma reação elementar à energia de ativação necessária pelas colisões moleculares para atingir o estado de transição.
- Declaração de exclusão: Cálculos envolvendo a equação de Arrhenius não serão avaliados no AP Exam.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Fonte: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Reaction energy profile

An energy profile 能量图 plots energy along the reaction path. The peak is the transition state 过渡态; the climb from reactants to the peak is $E_a$; the difference between reactant and product energies is the enthalpy change $\Delta H$ (down for exothermic).

Português

Perfil de energia da reação

Um perfil de energia 能量图 plota energia ao longo do caminho da reação. O pico é o estado de transição 过渡态; a subida dos reagentes até o pico é $E_a$; a diferença entre as energias do reagente e do produto é a variação de entalpia $\Delta H$ (para baixo em exotérmica).

Reações exotérmicas terminam abaixo dos reagentes; endotérmicas terminam acima

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Ler a energia de ativação no perfil

Um perfil de energia plota a energia ao longo da reação. A elevação é a energia de ativação; a queda dos reagentes para os produtos é $\Delta H$. Um catalisador reduz a elevação.

5.7

The Sequence of Steps · ⁨A Sequência de Etapas⁩

Syllabus · ⁨Programa⁩

English

Learning Objective 5.7.A: Identify the components of a reaction mechanism.

5.7.A.1 A reaction mechanism consists of a series of elementary reactions, or steps, that occur in sequence. The components may include reactants, intermediates, products, and catalysts.
5.7.A.2 The elementary steps when combined should align with the overall balanced equation of a chemical reaction.
5.7.A.3 A reaction intermediate is produced by some elementary steps and consumed by others, such that it is present only while a reaction is occurring.
5.7.A.4 Experimental detection of a reaction intermediate is a common way to build evidence in support of one reaction mechanism over an alternative mechanism.
- Exclusion statement: Collection of data pertaining to detection of a reaction intermediate will not be assessed on the AP Exam.

Português

Objetivo de Aprendizagem 5.7.A: Identificar os componentes de um mecanismo de reação.

5.7.A.1 Um mecanismo de reação consiste em uma série de reações elementares, ou etapas, que ocorrem em sequência. Os componentes podem incluir reagentes, intermediários, produtos e catalisadores.
5.7.A.2 As etapas elementares, quando combinadas, devem alinhar-se com a equação global balanceada de uma reação química.
5.7.A.3 Um intermediário de reação é produzido por algumas etapas elementares e consumido por outras, de modo que está presente apenas enquanto uma reação ocorre.
5.7.A.4 A detecção experimental de um intermediário de reação é uma forma comum de construir evidências em favor de um mecanismo de reação sobre um mecanismo alternativo.
- Declaração de exclusão: A coleta de dados referentes à detecção de um intermediário de reação não será avaliada no AP Exam.

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English

In a multi-step mechanism, the steps must add up to the overall balanced equation (intermediates cancel). Each step has its own energy hill; the tallest hill is the slowest step.

Português

Em um mecanismo multietapa, as etapas devem somar-se à equação geral balanceada (intermediários cancelam). Cada etapa tem sua própria colina de energia; a colina mais alta é a etapa mais lenta.

A etapa lenta com barreira mais alta é a determinante da velocidade

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English · ⁨Inglês⁩	Chinese · ⁨Chinês⁩	Pinyin
rate-determining step/reɪt dɪˈtɜːmɪnɪŋ step/	决速步骤	jué sù bù zhòu

5.8

Finding the Rate Law From a Mechanism · ⁨Encontrando a Lei de Velocidade a Partir de um Mecanismo⁩

Syllabus · ⁨Programa⁩

English

Learning Objective 5.8.A: Identify the rate law for a reaction from a mechanism in which the first step is rate limiting.

5.8.A.1 For reaction mechanisms in which each elementary step is irreversible, or in which the first step is rate limiting, the rate law of the reaction is set by the molecularity of the slowest elementary step (i.e., the rate-limiting step).
- Exclusion statement: Collection of data pertaining to detection of a reaction intermediate will not be assessed on the AP Exam.

Português

Objetivo de Aprendizagem 5.8.A: Identificar a lei de velocidade para uma reação a partir de um mecanismo em que a primeira etapa é limitante da velocidade.

5.8.A.1 Para mecanismos de reação em que cada etapa elementar é irreversível, ou em que a primeira etapa é limitante da velocidade, a lei de velocidade da reação é definida pela molecularidade da etapa elementar mais lenta (ou seja, a etapa limitante da velocidade).
- Declaração de exclusão: A coleta de dados referentes à detecção de um intermediário de reação não será avaliada no AP Exam.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Fonte: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

The rate-determining step 决速步骤 is the slowest step; its molecularity gives the overall rate law. A valid mechanism must (1) add to the overall reaction and (2) predict the experimentally observed rate law.

Worked example. Suppose the slow (rate-determining) step is the bimolecular collision $\text{NO}_2+\text{NO}_2\rightarrow\text{NO}_3+\text{NO}$. Its molecularity gives the rate law directly: $\text{rate}=k[\text{NO}_2]^2$. If experiment shows exactly this, the proposed mechanism is consistent; if experiment gave $\text{rate}=k[\text{NO}_2]$, the mechanism would be wrong.

Português

A etapa determinante da velocidade 决速步骤 é a mais lenta; sua molecularidade fornece a lei de velocidade geral. Um mecanismo válido deve (1) somar à reação geral e (2) prever a lei de velocidade observada experimentalmente.

Exemplo resolvido. Suponha que a etapa lenta (determinante da taxa) seja a colisão bimolecular $\text{NO}_2+\text{NO}_2\rightarrow\text{NO}_3+\text{NO}$. Sua molecularidade dá a lei de taxa diretamente: $\text{rate}=k[\text{NO}_2]^2$. Se o experimento mostrar exatamente isso, o mecanismo proposto é consistente; se o experimento deu $\text{rate}=k[\text{NO}_2]$, o mecanismo estaria errado.

5.9

When the First Step Is Fast · ⁨Quando a Primeira Etapa é Rápida⁩

Syllabus · ⁨Programa⁩

English

Learning Objective 5.9.A: Identify the rate law for a reaction from a mechanism in which the first step is not rate limiting.

5.9.A.1 If the first elementary reaction is not rate limiting, approximations (such as pre-equilibrium) must be made to determine a rate law expression.

Português

Objetivo de Aprendizagem 5.9.A: Identificar a lei de velocidade para uma reação a partir de um mecanismo em que a primeira etapa não é limitante da velocidade.

5.9.A.1 Se a primeira reação elementar não é limitante da velocidade, aproximações (como pré-equilíbrio) devem ser feitas para determinar uma expressão de lei de velocidade.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Fonte: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

If a fast step precedes the slow one, an intermediate appears in the slow step's rate law. Use the fast pre-equilibrium to rewrite that intermediate in terms of reactants, so the final rate law contains only measurable species.

Português

Se uma etapa rápida antecede a lenta, um intermediário aparece na lei de velocidade da etapa lenta. Use o pré-equilíbrio rápido para reescrever esse intermediário em termos de reagentes, para que a lei de velocidade final contenha apenas espécies mensuráveis.

5.10

Energy Profiles for Many Steps · ⁨Perfis de Energia para Múltiplas Etapas⁩

Syllabus · ⁨Programa⁩

English

Learning Objective 5.10.A: Represent the activation energy and overall energy change in a multistep reaction with a reaction energy profile.

5.10.A.1 Knowledge of the energetics of each elementary reaction in a mechanism allows for the construction of an energy profile for a multistep reaction.

Português

Objetivo de Aprendizagem 5.10.A: Representar a energia de ativação e a mudança de energia total em uma reação multietapa com um perfil energético da reação.

5.10.A.1 O conhecimento da termodinâmica de cada reação elementar em um mecanismo permite a construção de um perfil energético para uma reação multietapa.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Fonte: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

A multi-step reaction's profile shows several peaks (one per step) with valleys (intermediates) between them. The highest peak is the rate-determining transition state – it controls the overall rate.

Português

O perfil de uma reação multietapa mostra vários picos (um por etapa) com vales (intermediários) entre eles. O pico mais alto é o estado de transição determinante da velocidade – controla a taxa geral.

5.11

How Catalysts Speed Things Up · ⁨Como Catalisadores Aceleram Processos⁩

Syllabus · ⁨Programa⁩

English

Learning Objective 5.11.A: Explain the relationship between the effect of a catalyst on a reaction and changes in the reaction mechanism.

5.11.A.1 In order for a catalyst to increase the rate of a reaction, the addition of the catalyst must increase the number of effective collisions and/or provide a reaction path with a lower activation energy relative to the original reaction coordinate.
5.11.A.2 In a reaction mechanism containing a catalyst, the net concentration of the catalyst is constant. However, the catalyst will frequently be consumed in the rate-determining step of the reaction, only to be regenerated in a subsequent step in the mechanism.
5.11.A.3 Some catalysts accelerate a reaction by binding to the reactant(s). The reactants are either oriented more favorably or react with lower activation energy. There is often a new reaction intermediate in which the catalyst is bound to the reactant(s). Many enzymes function in this manner.
5.11.A.4 Some catalysts involve covalent bonding between the catalyst and the reactant(s). An example is acid-base catalysis, in which a reactant or intermediate either gains or loses a proton. This introduces a new reaction intermediate and new elementary reactions involving that intermediate.
5.11.A.5 In surface catalysis, a reactant or intermediate binds to, or forms a covalent bond with, the surface. This introduces elementary reactions involving these new bound reaction intermediate(s).

Português

Objetivo de Aprendizagem 5.11.A: Explicar a relação entre o efeito de um catalisador em uma reação e as mudanças no mecanismo da reação.

5.11.A.1 Para que um catalisador aumente a velocidade de uma reação, a adição do catalisador deve aumentar o número de colisões efetivas e/ou fornecer um caminho de reação com menor energia de ativação em relação à coordenada de reação original.
5.11.A.2 Em um mecanismo de reação que contém um catalisador, a concentração líquida do catalisador é constante. No entanto, o catalisador será frequentemente consumido na etapa determinante da velocidade da reação, apenas para ser regenerado em uma etapa subsequente no mecanismo.
5.11.A.3 Alguns catalisadores aceleram uma reação ao se ligarem aos reagente(s). Os reagentes são orientados de forma mais favorável ou reagem com menor energia de ativação. Há frequentemente um novo intermediário de reação no qual o catalisador está ligado aos reagente(s). Muitas enzimas funcionam dessa maneira.
5.11.A.4 Alguns catalisadores envolvem ligação covalente entre o catalisador e os reagente(s). Um exemplo é a catálise ácido-base, em que um reagente ou intermediário ganha ou perde um próton. Isso introduz um novo intermediário de reação e novas reações elementares envolvendo esse intermediário.
5.11.A.5 Na catálise superficial, um reagente ou intermediário se liga a ou forma uma ligação covalente com a superfície. Isso introduz reações elementares envolvendo esses novos intermediários de reação ligados.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Fonte: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

A catalyst 催化剂 speeds a reaction by providing a new pathway with a lower activation energy, without being consumed. It does not change $\Delta H$ or the equilibrium position – only how fast equilibrium is reached. On an energy profile, a catalyst lowers the peak(s).

Português

Um catalisador 催化剂 acelera uma reação fornecendo um novo caminho com energia de ativação mais baixa, sem ser consumido. Ele não altera $\Delta H$ nem a posição de equilíbrio – apenas quão rápido o equilíbrio é alcançado. Em um perfil de energia, um catalisador reduz o(s) pico(s).

Um catalisador oferece uma rota com menor energia de ativação; a variação de entalpia permanece inalterada — Um catalisador oferece uma rota com energia de ativação menor; a variação de entalpia permanece inalterada

5.11

Exam tips · ⁨Dicas de prova⁩

English

Rate rises with concentration, temperature, surface area, and a catalyst — explain each with collision theory (more, or more energetic, successful collisions).
Temperature works mainly by getting more particles above the activation energy, not just more collisions.
Reaction orders come from experiment, not the balanced coefficients — see how the rate changes when one concentration is varied.
On an energy profile the hill height is the activation energy and the reactant–product gap is $\Delta H$.
A catalyst lowers the activation energy (a new pathway) but leaves $\Delta H$ and the equilibrium position unchanged.

Português

A taxa aumenta com concentração, temperatura, área de superfície e catalisador – explique cada um com teoria das colisões (mais, ou mais energéticas, colisões bem-sucedidas).
A temperatura atua principalmente obtendo mais partículas acima da energia de ativação, não apenas mais colisões.
As ordens de reação vêm do experimento, não dos coeficientes balanceados – observe como a taxa muda ao variar uma concentração.
Em um perfil de energia, a altura da colina é a energia de ativação e a diferença entre reagentes e produtos é $\Delta H$.
Um catalisador reduz a energia de ativação (uma nova via), mas deixa $\Delta H$ e a posição de equilíbrio inalteradas.

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