No decorrer de uma reacção química observa-se que com o passar do tempo os reagentes são consumidos e como consequência a sua quantidade diminui. Por outro lado, observa-se que os produtos vão sendo formados, consequentemente a sua quantidade vai aumentando.
Assim,
acompanhado o quanto de reagentes foi consumido ou de produtos foi formado num
certo espaço de tempo pode-se determinar a rapidez com que essa reacção ocorre.
Essa quantidade de reagentes ou produtos
pode ser expressa em termos de concentração molar, massa, quantidade de matéria
(número de moles), pressão, volume, etc.
Velocidade
média da reacção é a variação da quantidade de
qualquer um dos reagentes ou produtos num certo espaço de tempo.
No geral, no decurso de uma reacção química observa-se a alteração da concentração em quantidade de matéria dos reagentes ou produtos, assim, podemos escrever:
Onde: Vm é a velocidade
média da reacção; ∆[ ] – variação da concentração e ∆t - variação do tempo.
Diz-se que é uma velocidade média porque corresponde
a um determinado intervalo de tempo (∆t).
A variação da concentração (∆[ ]) corresponde a diferença entre a
concentração final ([ ]final) e a concentração inicial ([ ]inicial):
∆[ ] = [ ]final – [ ]inicial
Por conseguinte, a variação de
tempo (∆t) corresponde ao intervalo de
tempo em que decorreu a reacção química e é dada pela diferença entre o tempo
final e inicial:
∆t = tfinal - tinicial
Portanto, da definição acima,
podemos perceber claramente que a velocidade média da reacção pode ser
calculada em função de qualquer um dos participantes da reacção, isto é, em
função dos reagentes ou produtos.
Quando a velocidade média é
calculada em função de qualquer um dos participantes da reacção dizemos que a
velocidade média da reacção é em função desse participante.
VELOCIDADE MÉDIA DA REACÇÃO EM FUNÇÃO DE UM PARTICIPANTE
A velocidade média da reacção em
função de um participante é obtida dividindo-se a variação da concentração
desse participante pelo intervalo de tempo.
Consideremos a reacção de síntese
do amoníaco:
N2 + 3H2 → 2NH3
A velocidade média em função do
consumo dos reagentes ou em função de formação dos produtos pode ser calculada
através das seguintes expressões:
Velocidade média da reacção em função do consumo de nitrogénio
Velocidade média da reacção em função do consumo de hidrogénio
Velocidade média da reacção em função da formação do amoníaco
Consideremos, por exemplo, que
num estudo cinético da reacção de síntese do amoníaco a partir de nitrogénio e
hidrogénio obtiveram-se os seguintes dados experimentais conforme a tabela
abaixo:
|
Tempo
(segundos) |
[N2] |
[H2] |
[NH3] |
|
0 |
4 |
12 |
0 |
|
60 |
2 |
6 |
4 |
Calcule a velocidade média da
reacção em função de N2, H2 e NH3
Velocidade média da reacção em função do consumo de nitrogénio
Velocidade média da reacção em função do consumo de hidrogénio
Velocidade média da reacção em função da formação do amoníaco
Os valores negativos são
correctos já que nos informam que à medida que a reacção ocorre os reagentes
são consumidos. Mas para se evitar trabalhar com valores negativos introduz-se
o sinal menos (–) em frente a ∆[reagentes] uma vez que sempre será negativa mas com o sinal menos essa
variação passa a ser positiva.
No caso os produtos não é necessário este sinal menos uma vez que a variação da concentração dos produtos é sempre positiva.
Agora observa-se que calculando a
velocidade média da reacção em função de cada participante da reacção, os valores
são totalmente diferentes e isso é lógico pois os coeficientes estequiométricos
destas substâncias são diferentes:
N2 + 3H2 → 2NH3
Esta equação mostra que 1 mol de
N2 reage com 3 moles de H2 e forma-se 2 mol de NH3.
Em outras palavras, queremos dizer que a velocidade com que o H2,
por exemplo, é consumido é 3 vezes maior que a velocidade de consumo de N2
ou então 1,5 vezes maior que a velocidade de formação de NH3.
VELOCIDADE MÉDIA DA REACÇÃO
É a velocidade com a qual a
reacção como um todo se processa independentemente do participante da reacção.
A velocidade média da reacção é um valor único, isto é, igual para a reacção
como um todo.
Se quisermos calcular a velocidade média da reacção sem especificar o participante, a IUPAC recomenda dividir a velocidade de cada participante pelo respectivo coeficiente estequiométricos da equação da reacção devidamente acertada:
Veja que ao incluir o coeficiente
estequiométrico no cálculo da velocidade média, independentemente do
participante o valor encontrado é o mesmo, portanto, essa é a velocidade média
da reacção.
Para uma reacção genérica:
a A + b B → c C + d D
Teremos:
EXERCÍCIO RESOLVIDO
(UEM – 2022) A reacção de decomposição
de amoníaco gasoso foi realizada num recipiente fechado é 2NH3 → N2 + 3H2
A tabela abaixo indica a variação na concentração de reagente em função do
tempo.
|
Concentração de NH3 em mol L-1 |
8,0 |
6,0 |
4,0 |
1,0 |
|
Tempo em horas |
0 |
1 |
2 |
3 |
Qual é a
velocidade média de consumo do reagente nas duas primeiras horas de reacção?
A 4,0 mol L-1h-1
B 2,0 mol L-1h-1
C 10,0 mol L-1h-1
D 1,0 mol L-1h-1
E 2,3 mol L-1h-1
RESOLUÇÃO
A velocidade média de uma reacção é definida como sendo a
alteração (variação) da concentração de um dos reagentes ou produtos, em um
intervalo de tempo.
Neste caso fala-se da velocidade média de consumo do reagente, portanto, da
velocidade média em função do reagente que no caso é o NH3. Como a
velocidade média é calculada em função de um participante da reacção não se
inclui o coeficiente estequiométrico no cálculo da velocidade média.
Portanto: 2NH3 → N2 + 3H2
Note que as primeiras duas horas correspondem ao intervalo
0h a 2h.
Cálculo da variação da
concentração
∆[NH3] = [NH3]final – [NH3]inicial
∆[NH3] = 4,0 – 8,0
∆[NH3] = – 4,0 mol L-1
Cálculo da variação do
tempo
∆t = tfinal – tinicial
∆t = 2 h – 0 h
∆t = 2 h
Velocidade de consumo de NH3
Resposta: alternativa: B
Por: Miguel Pascoal
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