Observe a seguinte reação química 2no g Br2 g ⇌ 2 NOBr g qual a representação correta para kc

No texto “Lei da Velocidade para uma Reação” determinou-se que a lei da velocidade de uma reação é dada pela expressão matemática a seguir, que relaciona as concentrações dos reagentes com a velocidade da reação: v = k [A]α. [B]β

Os expoentes nessa equação nem sempre são iguais aos coeficientes da equação química balanceada. A única maneira de se determinar com certeza o expoente na equação da velocidade é fazendo vários experimentos.

É importante determinar os coeficientes corretamente, pois eles indicarão a ordem da reação, que é definida da seguinte maneira:

A ordem de uma reação também pode ser interpretada em relação a cada reagente:

Vejamos um exemplo:

2 NO(g) + 1 Br2(g) → 2 NOBr(g)

A reação acima, entre o óxido nítrico e o bromo, ocorre à temperatura de 273ºC. Ao realizar uma série de experimentos, nos quais se alterou a concentração dos reagentes, obtiveram-se os seguintes dados da tabela abaixo:

Observe que do experimento 1 para o 2 dobrou-se a concentração do bromo, e o resultado foi que a velocidade da reação também dobrou. Assim, o expoente dessa substância será igual a 1.

Já no caso do óxido nítrico, do experimento 3 para o 4, sua concentração também foi dobrada, porém, a velocidade quadruplicou, pois foi de 36 mol. L-1. s-1 para 144 mol. L-1. s-1. Portanto, o seu expoente será 2. Desse modo, temos que a lei da velocidade para essa reação será dada pela seguinte equação:

v = k [NO]2. [Br2]1

Assim, essa reação é de:

• 2ª ordem em relação a NO;
• 1ª ordem em relação a Br2;
• 3ª ordem em relação à reação global (soma dos expoentes: 2+1 = 3).

Observe que os valores dos expoentes são iguais aos valores dos respectivos coeficientes dessas substâncias na equação química balanceada. Isso se dá porque essa reação é elementar, isto é, ocorre em uma única etapa. Por isso, temos que:

No caso de reações não elementares, a etapa lenta será a etapa determinante da ordem da reação. Um exemplo de reação não elementar, que se desenvolve em mais de uma etapa distinta, é a que ocorre entre o gás hidrogênio e o monóxido de nitrogênio para a formação do gás nitrogênio e da água.

Essa reação se processa segundo as seguintes etapas:

Etapa 1 (lenta): 1 H2(g) + 2 NO(g) → 1 N2Og) + 2 H2O(l)
Etapa 2 (rápida): 1 N2Og) + 2 H2O(l) → 1 N2(g) + 2 H2O(l)

Equação global: 2 H2(g) + 2 NO(g) → 1 N2(g) + 2 H2O(l)

A lei da velocidade e os expoentes dessa reação serão dados pelos coeficientes dos reagentes na etapa lenta. Portanto, temos:

v = k [H2]1 . [NO]2

Essa reação é de:

• 1ª ordem em relação a H2;
• 2ª ordem em relação a NO;
• 3ª ordem em relação à reação global (soma dos expoentes: 1+2 = 3).

Nesse caso, podemos ver que os coeficientes da equação global não são iguais aos expoentes na expressão da lei da velocidade.

Observação: Se acontecer de mudarmos a concentração de uma substância reagente e a velocidade da reação não se alterar, a ordem de reação dessa substância será igual a zero, pois ela não participa da equação da velocidade.

O texto Constante de Equilíbrio mostrou como determinar a expressão de Kc para as equações que representam as reações químicas. Agora veremos como determinar o valor dessa constante de equilíbrio Kc.

O cálculo da constante de equilíbrio Kc é importante porque ela transmite algumas informações com respeito ao equilíbrio químico, se ele está deslocado ou não e, se estiver, para qual sentido. Veja essas informações a seguir:

* Kc = 1: significa que a concentração dos reagentes e dos produtos é igual e a reação está em equilíbrio;

* Kc > 1: significa que os produtos estão em maior concentração, pois, na expressão de Kc, os produtos estão no numerador. A reação ainda não atingiu o equilíbrio, pois está deslocada no sentido da formação dos produtos, ou seja, o equilíbrio está deslocado para a direita;

* Kc < 1: significa que os reagentes estão em maior concentração, pois, na expressão de Kc, os reagentes estão no denominador. A reação ainda não atingiu o equilíbrio, pois está deslocada no sentido da formação dos reagentes, ou seja, o equilíbrio está deslocado para a esquerda.

Vamos, então, ver um exemplo para entender como calcular o valor da constante de equilíbrio em termos de concentração (Kc):

Exemplo: Considere que em um recipiente fechado de 15 litros foram introduzidos 6 mol de gás nitrogênio e 12 mol de gás hidrogênio a uma determinada temperatura. Depois de uma hora, verificou-se que o sistema atingiu o equilíbrio químico e que foram formados 4,5 mol de gás amônia. Qual é o valor da constante de equilíbrio Kc, com a mesma temperatura inicial?

Resolução:

Primeiro vamos escrever a equação balanceada que representa a reação que ocorreu:

1 N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)

É importante atentar para a proporção estequiométrica fornecida por essa equação, que é mostrada pelos coeficientes: 1 : 3 : 2.

A expressão da constante de equilíbrio Kc dessa reação é dada por:

Kc =     [ NH3]2    
       [N2]. [H2]3

Para realizar o cálculo de Kc, precisamos determinar as concentrações de cada uma das substâncias participantes dessa reação no equilíbrio e substitui-las na fórmula acima. A concentração em quantidade de matéria, ou seja, em mol/L, é feita dividindo-se a quantidade de matéria ou substância em mol pelo volume da solução em litros (M = n1/V).

O volume nós já sabemos, resta saber as quantidades de matéria. Isso pode ser facilmente determinado por montarmos um esquema semelhante ao seguinte:

Equação química balanceada:           1 N2(g)        +       3 H2(g)       →       2 NH3(g)

Quantidades iniciais:                           6 mol                12 mol                   zero

Quantidades que reagiram               2,25 mol              6,75 mol               4,5 mol
e que foram formadas:                                                                                                          

Quantidades no equilíbrio:       6-2,25 = 3,75 mol    12-6,75 = 5,25 mol      4,5 mol

Observe que as quantidades que reagiram foram determinadas com base na proporção estequiométrica, ou seja, sabíamos que foram formados 4,5 mol de NH3, então, temos:

1 N2(g)    +    3 H2(g)    →    2 NH3(g)      ↓                    ↓                       ↓ 1 mol               3 mol                 2 mol      ↓                    ↓                       ↓

2,25 mol         6,75 mol           4,5 mol

Agora sabemos a quantidade de matéria (mol) de cada substância no equilíbrio. Se fosse uma reação em que os produtos também estivessem presentes desde o início, bastava somar a quantidade inicial com a que foi formada para descobrir a quantidade do produto no equilíbrio.

Com isso, podemos determinar a concentração em mol/L no equilíbrio, sabendo que o volume do recipiente é de 15 L:

N2: 3,75 mol = 0,25 mol/L
           15

H2: 5,25 mol = 0,35 mol/L
          15

NH3: 4,5 mol = 0,30 mol/L
            15

Por fim, podemos aplicar esses valores na fórmula da constante de equilíbrio Kc:

Kc =     [ NH3]2    
          [N2]. [H2]2

Kc =       (0,3)2     
        (0,25).(0,35)3

Kc ≈ 8,40