Udesc - relação entre cinética e termodinâmica

por GabiCastro Ter 15 Jun 2021, 16:44

(Udesc 2016) Cinética química é a parte da Química que estuda a velocidade das reações, a influência das concentrações de produtos e os reagentes na velocidade, assim como a influência de outros fatores, como temperatura, presença de catalisador, inibidor, etc. Em termodinâmica estuda-se o equilíbrio entre espécies químicas em uma reação, assim como fatores que influenciam o deslocamento desse equilíbrio, que podem ser variados de forma a maximizar ou minimizar a obtenção de um determinado composto.
Sobre essas duas importantes áreas da Química, analise as proposições.

I. A influência da concentração dos reagentes sobre a velocidade de uma reação é dada pela sua lei de velocidade, que é uma expressão matemática que sempre envolve a concentração de todos os reagentes, cada um elevado ao seu coeficiente estequiométrico.

II. A posição de um dado equilíbrio químico – o lado para o qual ele se encontra majoritariamente deslocado – pode ser deduzida a partir da lei de velocidade para qualquer equilíbrio químico.

III. Reações lentas são reações necessariamente deslocadas para os reagentes. Já reações rápidas se processam com consumo total dos reagentes e de maneira quase imediata.

IV. À pressão constante, o aumento da temperatura tem sempre uma influência de aumentar a velocidade de uma reação, mas o efeito desse aumento sobre o deslocamento do equilíbrio depende, primordialmente, da variação de entalpia para a reação na faixa de temperatura avaliada.

V. Tempo de meia vida é o tempo necessário para que a concentração de um reagente caia a metade de seu valor inicial, correspondendo ao tempo de equilíbrio da reação, que é definido como o tempo necessário para que metade dos produtos se transforme em reagente.

Assinale a alternativa correta.

A) Somente a afirmativa III é verdadeira.

B) Somente a afirmativa IV é verdadeira.

C) Somente as afirmativas I e V são verdadeiras.

D) Somente as afirmativas I, II e IV são verdadeiras.

E) Somente as afirmativas I, III e V são verdadeiras.

gabarito: letra B.

Explicação:
Falsa. Para equilíbrios heterogêneos, nem todos os reagentes participam do cálculo da velocidade.
[II] Falsa. Só será válido para temperaturas constantes.
[III] Falsa. A velocidade depende basicamente das concentrações e da temperatura do equilíbrio.
[IV] Verdadeira. ΔH=ΔQ+TΔS.
[V] Falsa. O equilíbrio não ocorre necessariamente com as concentrações iguais entre produtos e reagentes.

Vale ressaltar que eu comecei a estudar equilíbrio químico a fundo agora, então não consigo ver, imediatamente, todas as relações entre cinética e equilíbrio. Nesse sentido, as minhas dúvida são as seguintes:

!ª: A afirmativa I fala que a velocidade de uma reação, dada pela Lei de Velocidade, depende da concentração de todos os reagentes. Por que Isso não é verdade, mesmo pela expressão v = k . [reagente 1]^a . [reagente 2]^b . [reagente c]^c . [reagente n]ⁿ ? Eu não entendi por quê se relacionou Lei Cinética com equilíbrios heterogêneos.

2ª: Não entendi como a explicação sobre a alternativa III justifica ela mesma.

Obrigada desde já!

por muuhmuuhzao Ter 15 Jun 2021, 19:03

Saudações!
A afirmativa 1 enuncia que a expressão da velocidade de uma reação SEMPRE envolve a concentração de TODOS os reagentes. Isso é verídico se analisarmos apenas reações elementares. Isto é, reações que acontecem em apenas uma etapa, sem compostos intermediários. Isso não vale para as que possuem mais de uma etapa.
Nas reações não elementares, ou seja, que acontecem em mais de uma etapa, a expressão matemática que define a velocidade da reação será igual à velocidade da etapa lenta. Portanto, a velocidade global depende apenas dos reagentes da etapa lenta.
Não há como saber de cara se uma reação acontece em mais de uma etapa, essa definição é experimental. Então, as questões mencionam quando é elementar ou não. Eu pelo menos nunca vi uma questão em que fosse necessário saber de antemão se a reação era em uma etapa ou não.
Espero ter ajudado!

por Caahdo8 Seg 24 Jul 2023, 07:27

Bom dia! Alguém poderia me explicar as justificativas do gabarito para as afirmações 2, 3 e 4?

Obrigada!

por Zeroberto Seg 24 Jul 2023, 19:52

Caahdo8 escreveu:Bom dia! Alguém poderia me explicar as justificativas do gabarito para as afirmações 2, 3 e 4?

Obrigada!

II - fiquei meio confuso nessa. Se alguém puder explicar ou confirmar minha explicação, também agradeceria. Mas acredito que esse majoritariamente complicou a veracidade da II, isso porque não há como ter determinada certeza apenas com a lei da velocidade. Analisar a razão entre o quociente reacional sobre a constante de equilíbrio é um método mais certeiro para entender o que está acontecendo com o equilíbrio.

III - não necessariamente. A reação lenta pode ser uma reação intermediária, por exemplo, e não ser necessariamente deslocada para os reagentes.

IV - pense no princípio de Le Chatelier. O aumento da temperatura irá favorecer o sentido endotérmico da reação, enquanto o decréscimo favorecerá o sentido exotérmico. E isso poderá ser analisado com a variação de entalpia determinada.

por Caahdo8 Ter 25 Jul 2023, 15:38

Obrigado, ZeRoberto26! Mas ainda fiquei com algumas dúvidas... Se puder continuar me ajudando, agradeço rsrsrs

Na II o que seria quociente reacional?

Na 3ª afirmação continuo com dúvidas sobre as reações rápidas... Há consumo total de reagentes por ser rápida?

Na IV eu entendi a afirmação, só não havia entendido a justificativa do gabarito... Poderia elucidá-la para mim, por favor? ([IV] Verdadeira. ΔH=ΔQ+TΔS.)

por Zeroberto Sex 28 Jul 2023, 18:52

Caahdo8 escreveu:Obrigado, ZeRoberto26! Mas ainda fiquei com algumas dúvidas... Se puder continuar me ajudando, agradeço rsrsrs

Na II o que seria quociente reacional?

Na 3ª afirmação continuo com dúvidas sobre as reações rápidas... Há consumo total de reagentes por ser rápida?

Na IV eu entendi a afirmação, só não havia entendido a justificativa do gabarito... Poderia elucidá-la para mim, por favor? ([IV] Verdadeira. ΔH=ΔQ+TΔS.)

Olá! Primeiramente desculpe pela demora! Fiquei uns dias sem entrar aqui! Ajudo sim, vamos lá:

II - O quociente reacional, na prática, é simplesmente a mesma equação de uma constante de equilíbrio. Pelo que sei, sua aplicação é mais específica em estudo de nível superior, mas como ainda não cheguei lá, ficarei te devendo. Mas o mais importante é isso aqui:

\(Q_c = \frac{[Produtos]^a}{[Reagentes]^b}\)

Mas, diferentemente da constante de equilíbrio (que só é calculada pelos valores no equilíbrio), o quociente reacional pode ser calculado a qualquer instante da reação desde que se tenham as concentrações nesse instante. Até onde estudei, pode-se utilizar o quociente para entender o comportamento da reação em um instante calculado. Por exemplo:
Se \(\frac{Q_c}{K_c} < 1\), significa que \(Q_c\) está menor que \(K_c\), então a concentração dos produtos naquele instante que você analisou está menor que a dos reagentes (isso baseado na fórmula acima). Para tentar alcançar o equilíbrio, a reação vai deslocar para direita. Quando \(\frac{Q_c}{K_c} = 1\), a reação estará em equilíbrio.
É bem confuso explicar por uma mensagem. Dê uma olhadinha no livro do Usberco e Salvador, lá está muito melhor explicado (aqui só te dei um pontapé para buscar mais hahaha).

III - Não entendi se você quis dizer que, por ser rápida, há consumo total de reagentes; ou se há consumo total de reagentes por ser rápida.
Se for a primeira pergunta: não necessariamente. Como estamos falando de equilíbrios, os reagentes vão constantemente sendo formados e consumidos, concorda?
Se for a segunda pergunta: não necessariamente. Pelo mesmo motivo acima. Ser rápida ou lenta não implica consumir tudo que há nos reagentes.

IV - Essa também vou ficar te devendo. Sinceramente, não conheço essa fórmula. Conheço a da Energia livre de Gibbs (\(\Delta G = \Delta H - T. \Delta S\)), mas não sei te explicar como ela pode ajudar aqui. Acredito que a explicação usando fórmulas tenha a ver com uma análise termodinâmica do equilíbrio, mas isso não sei explicar para ti.

Qualquer dúvida pode mandar!