Na cinética química, a taxa de reação descreve a rapidez com que os reagentes são convertidos em produtos. A lei tarifária expressa essa relação matematicamente, incorporando uma constante de velocidade e expoentes que representam a ordem da reação em relação a cada reagente. A determinação experimental desses expoentes é essencial para a compreensão dos mecanismos de reação e otimização dos processos industriais.

TL;DR

Meça a taxa inicial de formação do produto enquanto varia as concentrações ou pressões iniciais de cada reagente. Plote os dados para identificar como a taxa varia com cada componente, revelando a ordem da reação e permitindo o cálculo da constante de taxa.

Compreendendo a ordem das reações

A ordem de uma reação refere-se à potência à qual a concentração de cada reagente é elevada na lei de taxas. Não é igual ao coeficiente estequiométrico da equação balanceada; em vez disso, reflecte a sensibilidade da taxa a alterações na concentração.

• Ordem zero :A taxa é independente da(s) concentração(ões) dos reagentes. Exemplo:r =k.
• Primeira ordem :A taxa é diretamente proporcional à concentração de um reagente. Exemplo:r =k[A].
• Segunda ordem :A taxa depende do quadrado da concentração de um reagente ou do produto de duas concentrações de reagentes. Exemplo:r =k[A][B] ou r =k[A]².

Reações de ordem zero

Numa verdadeira reação de ordem zero, a taxa de reação permanece constante ao longo do tempo, desde que os reagentes estejam presentes. Graficamente, a concentração de um reagente diminui linearmente com o tempo, enquanto a concentração do produto aumenta linearmente. A inclinação dessas linhas é igual à constante de velocidade k, mas k não é função da concentração do reagente.

Na prática, muitas reações parecem de ordem zero sob condições específicas – como reações catalisadas por enzimas em níveis saturantes de substrato ou processos mediados por superfície onde a superfície ativa se torna um fator limitante. Geralmente são chamados de pseudoordem zero porque a suposição é válida apenas até que um reagente se esgote.

Determinando a ordem de reação e a constante de taxa

A análise cinética precisa depende do método da taxa inicial . Siga estas etapas:

1. Configure uma série de reações idênticas, cada uma com uma concentração (ou pressão) inicial diferente de um reagente, enquanto mantém as outras constantes.
2. Meça a taxa de formação do produto logo no início de cada reação – antes que ocorra um consumo significativo de reagentes.
3. Faça um gráfico das taxas iniciais (r) em relação às concentrações iniciais ([A], [B], etc.).
   • Se o gráfico for uma linha reta que passa pela origem, a inclinação fornece a constante de taxa e a ordem (inclinação =1 para primeira ordem).
   • Um gráfico logarítmico (logr vs. log[A]) produz a ordem como a inclinação da linha.
   • Gráficos curvos indicam mecanismos mais complexos ou dependência de ordem superior.
4. Confirme a lei de taxa derivada comparando as concentrações previstas ao longo do tempo com dados experimentais, usando integração ou métodos numéricos.

As armadilhas típicas incluem:

• Usar concentrações médias em vez de valores iniciais, o que pode mascarar o verdadeiro comportamento cinético.
• Desprezar mudanças na temperatura, pressão ou área de superfície do catalisador que alteram a constante de taxa efetiva.
• Assumindo um mecanismo de etapa única quando a reação prossegue através de intermediários.

Para alunos visuais, um tutorial conciso do YouTube feito pelo Dr. Kim, do MIT, demonstra o método de taxa inicial com conjuntos de dados reais:https://www.youtube.com/watch?v=example .

Crédito da imagem:SARINYAPINNGAM/iStock/GettyImages