Cómo calcular la tasa de reacción

Se produce una reacción cuando las partículas chocan. En esta colisión, las partículas transfieren suficiente energía para romper los enlaces viejos y formar otros nuevos. Pero, ¿cómo se puede definir la velocidad a la que se produce una reacción?

Eche un vistazo a una reacción simple como la que se muestra a continuación:

En esta reacción, parte del reactivo A se convierte en algún producto B. La velocidad de reacción se puede representar mediante una disminución de la concentración de A con el tiempo o como el aumento de B con el tiempo. Esto está escrito:

Dado que A disminuye con el tiempo, hay un signo negativo frente a esta tasa. Las tarifas expresadas aquí son promedio tarifas porque se promedian durante un período de tiempo.

La velocidad de reacción, o la velocidad a la que ocurre la reacción, se escribe como el cambio en la concentración de un reactivo o producto por cambio en el tiempo, como se muestra arriba.

Para calcular esto experimentalmente, debe controlar la concentración del reactivo o del producto en función del tiempo. Una vez que tenga las mediciones en diferentes momentos, puede trazar estos valores y encontrar la velocidad instantánea de la reacción o la pendiente de la línea.

Imagina que estás mirando la reacción entre A y B, que forma C y D. Obviamente, la formación de producto depende tanto de A como de B. Pero, al agregar un exceso de uno, digamos B, puede asegurarse de que el concentración de B permanece esencialmente constante. De esta forma, el cambio en la cantidad de B no afectará la velocidad de reacción medida.

Luego, puede graficar la tasa a diferentes concentraciones de A. Esto le permitirá ver si la velocidad es proporcional a la concentración de reactivos.

Di eso cuando tramas tasa vs. concentración de A produce una línea recta. Esto significa que la tasa es directamente proporcional a la concentración de A. Como resultado, cuanto mayor sea la concentración de A, mayor será la tasa.

Esto se puede representar como tal:

La variable k se conoce como constante de velocidad. Es una constante de proporcionalidad entre la velocidad de reacción y las concentraciones de reactivos. La variable k es no afectado por la concentración de los reactivos. Es una relación entre la velocidad y la concentración de reactivo. Este valor k solo se ve afectado por la temperatura.

Dado que la concentración se mide en molaridad, el cambio de concentración se mide en M mientras que el tiempo se mide en segundos. Esto significa que las unidades para k suelen ser 1 / so s^-1.

Para la estequiometría, las reacciones simples como la relación mol a mol entre componentes es igual. Por ejemplo, cuando A se convierte en B, se pierde un mol de A por cada mol de B producido.

No todas las reacciones son así de sencillas.

Considere la siguiente reacción:

Cada vez que se elabora B, se utilizan 3 moles de A. Esto se puede expresar como tal:

En general, para la reacción:

La tasa se da de la siguiente manera:

La ley de tarifas expresa la relación entre la velocidad de una reacción y la constante de velocidad y las concentraciones de reactivos elevadas a alguna potencia.

Para una reacción general:

La ley de tasas se escribe como:

A y B son las reacciones. k es la constante de velocidad. xey son números que debe determinarse experimentalmente. Una vez que se conocen xey, la entrada de cualquier concentración de reactivo se puede usar para encontrar la velocidad de la reacción.

xey son importantes porque dan una relación entre las concentraciones de los reactivos A y B y la velocidad de reacción. También dan la orden de reacción cuando se suman. El orden de reacción es la suma de la potencia a la que se elevan las concentraciones de reactivo en la ley de velocidad.

Como se discutió anteriormente, la ley de velocidad es una relación matemática que muestra cómo el cambio de concentración de reactivo afecta la velocidad de reacción. Entonces, ¿cómo puede encontrar la ley de tarifas?

Eche un vistazo a la siguiente reacción de hidrógeno y ácido nítrico:

Para encontrar el orden, necesita conocer los exponentes de la ley de la tasa que se escribirían:

Esto requiere el uso de datos que indiquen la concentración de reactivo y la tasa inicial.

Considere los siguientes datos:

Para encontrar el orden con respecto a cada reactivo, comience por encontrar los experimentos en los que el otro reactivo se mantiene constante. Por ejemplo, para investigar el orden con respecto al NO, será útil observar los Experimentos 1 y 2, ya que la concentración de NO se duplica pero la concentración de H₂ se mantiene constante.

Los experimentos 1 y 2 muestran que al duplicar la concentración de NO, la tasa se cuadruplica. Escriba la ley de la tasa para ambos experimentos como se muestra a continuación:

y

La razón entre los dos lados derechos de la ecuación es 4, así que después de dividir la primera ecuación por la segunda, obtienes:

Entonces y = 2.

A continuación, puede encontrar el orden con respecto a H₂. Los experimentos 2 y 3 indican que duplicar H₂ la concentración duplica la tasa. Esto significa que la reacción es de primer orden en H₂.

Por tanto, la ley de tasas es:

La suma de los exponentes 1 y 2 da 3, lo que significa que la reacción es de tercer orden.

Algunos puntos importantes sobre la ley de tarifas:

1. Las leyes brutas no se pueden encontrar a partir de la ecuación química. Ellos deben siempre ser encontrado experimentalmente. A partir de las concentraciones de reactivos y la velocidad de reacción inicial, puede encontrar el orden de reacción como se muestra arriba y también encontrar la constante de velocidad.
2. Para una ley de tasa de orden cero, la tasa es igual a la constante de tasa.
3. El orden de reacción siempre está definido por la concentración de reactivo.
4. El orden de un reactivo no se relaciona con el coeficiente estequiométrico en la ecuación química balanceada.

El orden de una reacción le dice cómo cambia la velocidad con la concentración de reactivo.

Las reacciones de primer orden son reacciones cuya velocidad depende de la concentración de reactivo elevada a la primera potencia. Esto significa que cuando la concentración de un reactivo se duplica, también lo hace la tasa.

Muchas reacciones de descomposición son de primer orden. Un ejemplo es la descomposición de N₂O₅:

Las reacciones de segundo orden son reacciones cuya velocidad depende de la concentración de un reactivo a la segunda potencia o de las concentraciones de dos reactivos cada uno a la primera potencia.

Un ejemplo de una reacción de segundo orden es la combinación de yodo para formar yodo molecular en la fase gaseosa: