Leis de Velocidade de Reação

Uma lei de velocidade expressa como a velocidade de uma reação depende das concentrações de seus reagentes, e sua forma integrada prevê como essas concentrações evoluem no tempo.

Definition

Uma lei de velocidade de reação é uma equação empírica que relaciona a velocidade instantânea de uma reação com as concentrações dos reagentes, cada uma elevada a uma potência que define sua ordem, com uma constante de velocidade dependente da temperatura.

Scope

Este tópico abrange a determinação empírica das leis de velocidade: a definição de velocidade de reação, os conceitos de ordem e molecularidade, a constante de velocidade e métodos como velocidades iniciais e isolamento para encontrar ordens. Ele desenvolve as equações de velocidade integradas para reações de ordem zero, primeira e segunda, as meias-vidas correspondentes e a análise de reações reversíveis, paralelas e consecutivas. A reconstrução de mecanismos a partir de leis de velocidade e a origem teórica das constantes de velocidade são tratadas em tópicos separados.

Core questions

• Como a ordem de reação é determinada experimentalmente a partir de dados de concentração-tempo?
• Quais são as equações de velocidade integradas e as meias-vidas para as ordens de reação comuns?
• Como a molecularidade e a ordem diferem, e por que elas não precisam coincidir?
• Como as reações paralelas e consecutivas são analisadas cineticamente?

Key concepts

• Velocidade de reação e constante de velocidade
• Ordem e molecularidade
• Equações de velocidade integradas
• Meia-vida e tempo característico
• Método das velocidades iniciais e isolamento

Key theories

Leis de velocidade integradas

A integração da lei de velocidade diferencial para uma dada ordem produz relações explícitas concentração-tempo, gráficos lineares que identificam a ordem e meias-vidas características que são constantes para reações de primeira ordem, mas dependentes da concentração em outros casos.

Determinação da ordem por isolamento e velocidades iniciais

Ao manter todos, exceto um reagente, em grande excesso, ou medindo as velocidades no início antes que os produtos se acumulem, a dependência de cada reagente pode ser isolada e a lei de velocidade geral pode ser montada.

Clinical relevance

As leis de velocidade estabelecem as equações de projeto para reatores químicos, preveem a decomposição e a vida útil de medicamentos e reagentes, governam o tempo de dosagem e depuração na farmacocinética e quantificam a persistência de poluentes em sistemas ambientais.

History

O estudo de Wilhelmy de 1850 sobre a inversão da sacarose forneceu a primeira lei de velocidade quantitativa; a lei de ação das massas de Guldberg e Waage na década de 1860 conectou as velocidades às concentrações, e van't Hoff sistematizou a ordem e a molecularidade em seus estudos de 1884 sobre dinâmica química.

Key figures

• Ludwig Wilhelmy
• Cato Maximilian Guldberg
• Peter Waage

Seminal works

• atkins2018
• laidler1987

Frequently asked questions

Uma reação pode ter uma ordem fracionária ou mesmo zero?

Sim. Ordens fracionárias frequentemente surgem de mecanismos complexos de múltiplas etapas, e a ordem zero ocorre quando a velocidade é limitada por algo diferente da concentração do reagente, como uma superfície de catalisador saturada, de modo que a velocidade permanece constante até que um reagente esteja quase esgotado.

Por que a meia-vida de uma reação de primeira ordem é independente da concentração?

Para a cinética de primeira ordem, a velocidade é diretamente proporcional à concentração, de modo que a diminuição fracionária por unidade de tempo é constante; o tempo para cair pela metade é, portanto, o mesmo, independentemente da quantidade inicial, razão pela qual o decaimento radioativo tem uma meia-vida fixa.