Lei da Ação das Massas E Equilíbrio Químico


Lei da Ação das Massas

Dois químicos noruegueses, Guldberg e Waage, es­tudaram a cinética das reações em função das concentra­ções molares dos reagentes a dada temperatura e estabe­leceram, em 1864, a Lei da Ação das Massas. Tais co­eficientes, teoricamente, adotariam os valores dos coefi­cientes estequiométricos da equação balanceada. Dessa forma, a equação da Lei da Ação das Massas para a ex­pressão a seguir será aA + bB —> cC + dD.

Lei da Ação das Massas

A lei de velocidades é dada por v = k • [A]a • [B]b, em que:
•         v – velocidade da reação a dada temperatura;
•         k – constante, cujo valor depende apenas da tem­peratura;
•         [A] – concentração molar do reagente A;
•         [B] – concentração molar do reagente B;
•         a e b são determinados experimentalmente.

Exemplo:
N,., + 3H-, . -> 2NH
2(g)  2(g)      3 (g)

A Lei da Ação das Massas para essa reação fica v = k • [NJ • [H2]3.

Reações elementares

São as reações que ocorrem em apenas uma etapa, não formando compostos intermediários e os valores de a e de b são os coeficientes dos reagentes na equação da reação.

A Lei da Ação das Massas para essa reação fica v = k • [A]2 • [B].

Reações não elementares

São as reações que ocorrem em duas ou mais etapas. A velocidade da reação depende da velocidade da rea­ção lenta.

Observação
Quando a reação possui mais de uma etapa, a velocidade é determinada pela etapa lenta.

Como a velocidade da reação global

é determinada pela etapa lenta, a expressão da Lei da Velocidade da Reação é v = k • [NO]2 • [H2].

Ordem de uma reação

É a soma dos expoentes que aparecem na expressão da Lei da Ação das Massas. Pode-se determinar também a ordem da reação em função de um reagente. Isso mos­tra a dependência da concentração molar desse reagente e a velocidade da reação global.

No início da reação, a velocidade da reação direta (v:) é alta; com o passar do tempo, os reagentes são transfor­mados em produtos e a velocidade da reação direta come­ça a cair. Consequentemente, a concentração dos produ­tos aumenta e estes reagem entre si, reconstituindo os re­agentes, e a velocidade da reação inversa (v2) aumenta.

Em dado tempo a velocidade da reação direta (vt) é idêntica à velocidade da reação inversa (v2). Nesse pon­to, o sistema atingiu o equilíbrio químico dinâmico. A seguir, apresentam-se os gráficos da variação da velocidade e da concentração dos reagentes e produtos da reação direta e inversa em função do tempo.

A Lei da Ação das Massas para esta reação é v = k • [NO]2 • [O2].

Observações
A reação é de ordem 2, ou de 2? ordem, em relação ao reagente NO.
A reação é de ordem l, ou de l! ordem, em relação ao reagente O2.
A reação é de ordem 3, ou de 3* ordem, na reação global.

Equilíbrio químico

É estudado em reações reversíveis nas quais os rea­gentes formam produtos (reação direta) e os produtos reagem entre si, reconstituindo os reagentes (reação in­versa).

Constante de equilíbrio (ke)

A constante de equilíbrio (k,) é assim denominada em função das concentrações molares. Considera-se o mesmo equilíbrio, representado pela equação geral apre­sentada a seguir.

Para a reação direta:
v, – k, • [A]a • [B]b

O equilíbrio químico só pode ser atingido em sistemas fechados. Em um sistema fechado, as reações são sem­pre reversíveis. No equilíbrio químico, macroscopicamente, tem-se a sensação de que a reação parou, mas microscopicamente a reação permanece em evolução. O equilíbrio químico apresenta reagentes e pro­dutos, pois a reação não se processa totalmente.

Só fazem parte de equação do kc as substân­cias químicas que podem sofrer variações em suas concentrações molares, como substân­cias no estado gasoso e aquoso (em solução). Substâncias sólidas possuem concentrações molares constantes, importando apenas a su­perfície de contato entre os reagentes, por­tanto, não fará parte do kc. tk = t [produtos].

Constante de equilíbrio em termos de pressão parcial (kp)

A constante de equilíbrio em termos de pressão par­cial é semelhante à definição do kc. Adotando a mesma equação usada para definir kc. A constante k é utilizada apenas para sistemas ga­sosos, já que a pressão parcial dos sólidos e líquidos é praticamente desprezível.

Relação entre kc e kp

k = k • (R • T)An

Para a relação entre k, e k , tem-se as definições a seguir.
•         k – constante de equilíbrio em função das pres­sões parciais;
•         kc – constante de equilíbrio em função das con­centrações molares;
•         R – constante universal dos gases perfeitos;
•         T – temperatura em kelvin do equilíbrio;
•         An – variação do n? de móis (somatório do nú­mero de móis dos produtos —  somatório do nú­mero de móis dos reagentes).

Exemplo:

N2(g) + 3H2(g) «* 2NH3(g) An – 2 – (l + 3) = -2 An = -2 kp = kc – (R – T)-2

Aplicações

Dentre as mercaptanas alifáticas (tioálcoois), desta­ca-se o etanotiol (C2H5SH) – estágio intermediário para a produção do sulfonal -, que se presta à obtenção de remédios hipnóticos. As mercaptanas, por seu odor forte e penetrante, são utilizadas em misturas com gases de reservatórios e tu­bulações, para detecção de vazamentos.

Compostos de Grignard

Em 1912, François Auguste Victor Grignard recebeu o prémio Nobel de Química pela preparação de uma nova classe de compostos contendo, além de carbono e hidro­génio, magnésio e um halogênio. Esses compostos – de­nominados compostos de Grignard – podem ser prepa­rados pela reação de um haleto de alquila com magnésio em solvente adequado.

CH3CH2Br + Mg° (solvente) -> CH3CH2MgBr

Nomenclatura

•     Oficial – haleto + de + radical orgânico + magnésio: CH3CH2MgBr brometo de etilmagnésio CH3 – MgC^ cloreto de metilmagnésio

Aplicações
Os compostos de Grignard reagem com compostos carbonílicos (aldeídos e cetonas) formando álcoois. Nessa reação, forma-se um composto intermediário que, rea­gindo com água, produz o álcool.

Compostos organometálicos

Compostos que apresentam um metal ligado direta-mente a um radical orgânico alifático ou aromático são classificados como organometálicos. A nomenclatura para esse grupo de compostos, independentemente do tipo de metal que os constitua, apresenta o nome do metal pre­cedido dos radicais orgânicos que o envolvem.

(CH3 —CH2—)4Pb
chumbo tetraetila
(antigamente utilizado para aumentar a octanagem da gasolina)
(CH3 -)2Zn zinco dimetila

Funções mistas

Alguns compostos orgânicos apresentam mais de um radical funcional, sendo por isso considerados de função mista. Entre eles estão muitos compostos de importância in­dustrial, química e biológica. O importante não é definir obri­gatoriamente a nomenclatura, mas identificar as funções que estão presentes neles, como nos exemplos a seguir:

O sistema de nomenclatura para compostos de fun­ções mistas é determinado a partir de um conceito cha­mado prioridade, que é uma ordem determinada para se enumerar o carbono l em compostos mistos e dizer quais são as outras funções que devem ser considera­das ramificações da função principal. A ordem de pri­oridade das funções orgânicas é 1. ácido carboxílico; 2. amida; 3. éster; 4. aldeído; 5. cetona; 6. amina; 7. álcool; 8. haleto-orgânico.