Ano 2019#cinetica quimica#mecanismo de reacao#lei de velocidade#estado estacionario#fase2#discursiva

Sobre o tema

A determinação da lei de velocidade de uma reação química é fundamental para compreender seu mecanismo. Experimentalmente, a velocidade pode depender das concentrações de reagentes e produtos de forma complexa, como na decomposição da nitramida (NH2NO2) em solução aquosa, onde v = k[NH2NO2]/[H3O+]. Essa dependência inversa em relação ao íon hidrônio sugere que o mecanismo envolve pré-equilíbrios e etapas lentas. Em cinética química, o princípio de estado estacionário e a aproximação de equilíbrio rápido são ferramentas para deduzir leis de velocidade a partir de mecanismos propostos. Ao analisar mecanismos candidatos, verifica-se se a lei derivada coincide com a experimental. Nesta questão do IME, três mecanismos são propostos para a mesma reação, e cabe determinar quais são compatíveis com a lei observada.

Tópicos relacionados

  • Lei de velocidade e mecanismo de reação
  • Aproximação do equilíbrio rápido
  • Etapa lenta e pré-equilíbrio
  • Dependência da velocidade com [H3O+]
  • Mecanismo de decomposição da nitramida

Enunciado

Considere a reacao de decomposicao da nitramida em solucao aquosa:

NH2NO2(aq) -> N2O(g) + H2O(l)

Sabendo-se que a lei de velocidade, determinada experimentalmente, e dada pela expressao v = k*[NH2NO2]/[H3O+], foram propostos tres possiveis mecanismos para a reacao:

MECANISMO I:
NH2NO2 + H2O <-> NHNO2- + H3O+ (equilibrio rapido)
NHNO2- -> N2O + OH- (etapa lenta)
H3O+ + OH- -> 2H2O (etapa rapida)

MECANISMO II:
NH2NO2 -> N2O + H2O (etapa elementar)

MECANISMO III:
NH2NO2 + H3O+ <-> NH3NO2+ + H2O (equilibrio rapido)
NH3NO2+ -> N2O + H3O+ (etapa lenta)

Com base nas informacoes acima, determine se cada mecanismo proposto e compativel com a expressao da velocidade experimental, fundamentando suas respostas.

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Perguntas frequentes

O que é a aproximação do equilíbrio rápido em cinética química?

É uma simplificação usada quando uma etapa reversível ocorre muito rapidamente comparada à etapa lenta, permitindo tratar as concentrações como se estivessem em equilíbrio constante durante a reação.

Como a presença de H3O+ pode influenciar a velocidade de uma reação?

O H3O+ pode atuar como catalisador ácido ou inibidor, dependendo do mecanismo. Se ele consome um intermediário reativo ou desloca um equilíbrio, a velocidade pode ser inversamente proporcional à sua concentração.

Por que a lei de velocidade experimental é importante para validar um mecanismo?

Um mecanismo proposto deve gerar uma lei de velocidade que coincida com a determinada experimentalmente. Caso contrário, o mecanismo é rejeitado ou precisa de ajustes.

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