L'ordine generale della reazione fornisce un'indicazione di come cambiando la concentrazione dei reagenti cambierà la velocità della reazione. Per ordini di reazione superiori, la modifica della concentrazione dei reagenti provoca grandi cambiamenti nella velocità di reazione. Per ordini di reazione inferiori, la velocità di reazione è meno sensibile ai cambiamenti della concentrazione.
L'ordine di reazione si trova sperimentalmente modificando la concentrazione dei reagenti e osservando il cambiamento nella velocità di reazione. Ad esempio, se raddoppiando la concentrazione di un reagente si raddoppia la velocità di reazione, la reazione è una reazione di primo ordine per quel reagente. Se la velocità aumenta di un fattore quattro, o il raddoppio della concentrazione al quadrato, la reazione è di secondo ordine. Per più reagenti che partecipano a una reazione, l'ordine complessivo di reazione è la somma degli ordini dei singoli ordini di reazione.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
L'ordine di reazione complessivo è la somma dei singoli ordini di reazione di tutti i reagenti che partecipano a una reazione chimica. L'ordine di reazione di un reagente indica quanto cambia la velocità di reazione se cambia la concentrazione del reagente.
Ad esempio, per le reazioni del primo ordine, la velocità di reazione cambia direttamente con la variazione della concentrazione del reagente corrispondente. Per le reazioni del secondo ordine, la velocità di reazione cambia come il quadrato della variazione di concentrazione. L'ordine di reazione complessivo è la somma dei singoli ordini di reazione dei reagenti e misura la sensibilità della reazione alle variazioni delle concentrazioni di tutti i reagenti. I singoli ordini di reazione e quindi l'ordine complessivo di reazione sono determinati sperimentalmente.
Come funzionano gli ordini di reazione
La velocità di una reazione è correlata alla concentrazione di un reagente dalla costante di velocità, rappresentata dalla lettera k. La costante di velocità cambia quando cambiano parametri come la temperatura, ma se cambia solo la concentrazione, la costante di velocità rimane fissa. Per una reazione a temperatura e pressione costanti, la velocità è uguale alla costante di velocità moltiplicata per la concentrazione di ciascuno dei reagenti alla potenza dell'ordine di ciascun reagente.
La formula generale è la seguente:
Velocità di reazione = kAXBsìCz..., dove A, B, C... sono le concentrazioni di ciascun reagente e x, y, z... sono gli ordini delle reazioni individuali.
L'ordine complessivo di reazione è x + y + z +... Ad esempio, per tre reazioni del primo ordine di tre reagenti, l'ordine complessivo di reazione è tre. Per due reazioni del secondo ordine di due reagenti, l'ordine complessivo della reazione è quattro.
Esempi di ordini di reazione
La velocità di reazione dell'orologio allo iodio è facile da misurare perché la soluzione nel contenitore di reazione diventa blu quando la reazione è completa. Il tempo necessario per diventare blu è proporzionale alla velocità della reazione. Ad esempio, se raddoppiando la concentrazione di uno dei reagenti la soluzione diventa blu in metà del tempo, la velocità di reazione è raddoppiata.
In una variazione dell'orologio allo iodio, è possibile modificare le concentrazioni dei reagenti di iodio, bromato e idrogeno e osservare i tempi in cui la soluzione diventa blu. Quando le concentrazioni di iodio e bromato sono raddoppiate, il tempo di reazione si riduce in ogni caso alla metà. Ciò mostra che le velocità della reazione raddoppiano e che questi due reagenti prendono parte a reazioni del primo ordine. Quando la concentrazione di idrogeno è raddoppiata, il tempo di reazione diminuisce di un fattore quattro, il che significa che la velocità di reazione quadruplica e la reazione dell'idrogeno è di secondo ordine. Questa versione dell'orologio allo iodio ha quindi un ordine di reazione complessivo di quattro.
Altri ordini di reazione includono una reazione di ordine zero per la quale la modifica della concentrazione non fa differenza. Le reazioni di decomposizione come la decomposizione del protossido di azoto sono spesso reazioni di ordine zero perché la sostanza si decompone indipendentemente dalla sua concentrazione.
Le reazioni con altri ordini complessivi di reazione includono reazioni di primo, secondo e terzo ordine. Nelle reazioni del primo ordine, una reazione del primo ordine per un reagente avviene con uno o più reagenti che hanno reazioni di ordine zero. Durante una reazione di secondo ordine, hanno luogo due reagenti con reazioni di primo ordine, oppure un reagente con reazione di secondo ordine si combina con uno o più reagenti di ordine zero. Allo stesso modo una reazione del terzo ordine può avere una combinazione di reagenti i cui ordini si sommano fino a tre. In ogni caso, l'ordine indica quanto la reazione accelererà o rallenterà quando le concentrazioni dei reagenti vengono cambiate.