No ano de 1864, os químicos Cato Maximilian Guldberg e Peter Waage formularam a lei da velocidade, a qual propõe que a velocidade de uma reação química é determinada exclusivamente pelos reagentes dessa reação.
A lei da velocidade é enunciada ou representada por uma expressão matemática que obtém o produto das concentrações em mol/L dos reagentes, elevadas aos seus respectivos coeficientes (a, b) estequiométricos (valores do balanceamento) com uma constante (k).
v = k.[reagente 1]a.[reagente 2]b
Para construir a expressão referente à lei da velocidade, é fundamental que saibamos se a reação é elementar (processada em uma etapa) ou não elementar (que é processada em várias etapas).
Lei da velocidade para reações elementares
Para reações que se processam em uma única etapa, a expressão da lei da velocidade utiliza os componentes (reagentes e seus coeficientes) da equação. Exemplo:
1 CH4(g) + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
Nessa reação elementar, temos os reagentes metano (CH4, com o coeficiente 1) e o oxigênio (O2, com o coeficiente 2). Assim, a expressão da lei da velocidade será:
v = k.[CH4]1.[O2]2
Lei da velocidade para reações não elementares
Como as reações não elementares ocorrem em várias etapas, a determinação da expressão da lei da velocidade depende da análise da influência de cada reagente sobre a velocidade de cada etapa. Para isso, os exercícios ou os textos fornecem uma tabela contendo valores de concentrações e velocidade de cada etapa, como no exemplo abaixo:
a A + b B + c C → d D
Como a tabela apresenta quatro linhas, portanto, trata-se de uma reação não elementar que é processada em quatro etapas, e os seus reagentes são A, B e C. Agora, para saber os coeficientes que eles apresentam, devemos realizar os seguintes os:
1º o: Determinar a ordem do reagente A.
Para tal, devemos escolher duas etapas em que a concentração de A sofre alteração, e que a de B e C não sofram alteração. Dessa forma, as etapas escolhidas são a primeira e a segunda, nas quais temos as seguintes mudanças:
- Concentração de X: dobra de valor, pois a de 2 para 4;
- Velocidade: quadruplica de valor, pois a de 0,5 para 2.
Assim, a análise deve ser:
2.[X] = 4.v
Colocando os dois valores na mesma base:
2.[X] = 22.v
Temos que a diferença é o expoente 2, portanto, a ordem de A será 2.
2º o: Determinar a ordem do reagente B.
Para isso, devemos escolher duas etapas em que a concentração de B sofre alteração, e que a de A e C não sofram alteração. Assim, as etapas escolhidas são a 2a e a 3a, nas quais temos as seguintes mudanças:
- Concentração de Y: dobra de valor, pois a de 3 para 6;
- Velocidade: não modifica seu valor, pois era 2 e continua sendo 2.
Assim, a análise deve ser:
2.[X] = 2.v
Como os dois valores já estão na mesma base, e a mudança na concentração não modifica a velocidade, logo a ordem de B será 0.
3º o: Determinar a ordem do reagente C.
Para isso, devemos escolher duas etapas em que a concentração de C sofre alteração, e que a de X não sofra alteração. As etapas escolhidas são a 3a e a 4a, nas quais temos as seguintes mudanças:
- Concentração de Y: dobra de valor, pois a de 1 para 2;
- Velocidade: octuplica de valor, pois a de 2 para 16.
Assim, a análise deve ser:
2.[X] = 16.v
Colocando os dois valores na mesma base:
2.[X] = 24.v
Temos que a diferença é o expoente 2, logo a ordem de C será 4.
4º o: Montar a expressão da velocidade.
Para montar essa expressão da velocidade, basta multiplicar as concentrações dos reagentes, elevadas às suas respectivas ordens, pela constante (k):
v = k.[A]2.[B]0.[C]4
ou
v = k.[A]2..1.[C]4
v = k.[A]2..[C]4
Por Me. Diogo Lopes
