Como calcular a taxa de reação

Uma reação ocorre quando as partículas colidem. Nessa colisão, as partículas transferem energia suficiente para quebrar ligações antigas e formar novas. Mas como você pode definir a taxa de ocorrência de uma reação?

Dê uma olhada em uma reação simples como a abaixo:

Nesta reação, algum reagente A é transformado em algum produto B. A taxa de reação pode ser representada por uma diminuição na concentração de A ao longo do tempo ou como o aumento de B ao longo do tempo. Isto está escrito:

Como A diminui com o tempo, há um sinal negativo em frente a essa taxa. As taxas expressas aqui são média taxas porque são calculadas a média ao longo de algum tempo.

A taxa de reação, ou a velocidade em que a reação ocorre, é escrita como a mudança na concentração de um reagente ou produto por mudança no tempo, conforme mostrado acima.

Para calcular isso experimentalmente, você deve monitorar a concentração do reagente ou do produto em função do tempo. Depois de fazer medições em momentos diferentes, você pode representar graficamente esses valores e encontrar a taxa instantânea da reação ou a inclinação da linha.

Finja que você está olhando para a reação entre A e B, que forma C e D. Obviamente, a formação do produto depende de A e B. Mas, adicionando um excesso de um, digamos B, você pode garantir que o concentração de B permanece essencialmente constante. Desta forma, a mudança na quantidade de B não afetará a taxa de reação medida.

Então, você pode representar graficamente a taxa em diferentes concentrações de A. Isso permitirá que você veja se a taxa é proporcional à concentração de reagentes.

Diga isso quando você trama taxa vs. concentração de A produz uma linha reta. Isso significa que a taxa é diretamente proporcional à concentração de A. Como resultado, quanto maior for a concentração de A, maior será a taxa.

Isso pode ser representado como:

A variável k é conhecida como constante de taxa. É uma constante de proporcionalidade entre a taxa da reação e as concentrações dos reagentes. A variável k é não afetados pela concentração dos reagentes. É uma relação entre a taxa e a concentração do reagente. Este valor k é afetado apenas pela temperatura.

Como a concentração é medida em molaridade, a mudança na concentração é medida em M, enquanto o tempo é medido em segundos. Isso significa que as unidades para k são geralmente 1 / s ou s^-1.

Para estequiometria, reações simples como a razão molar molar entre os componentes são iguais. Por exemplo, quando A se transforma em B, um mol de A é perdido para cada mol de B produzido.

Nem todas as reações são tão simples.

Considere a seguinte reação:

Cada vez que B é feito, 3 moles de A são usados. Isso pode ser expresso como:

Em geral, para a reação:

A taxa é dada da seguinte forma:

O lei de taxa expressa a relação da taxa de uma reação com a constante de taxa e as concentrações de reagentes elevadas a alguma potência.

Para uma reação geral:

A lei de taxas é escrita como:

A e B são as reações. k é a constante de taxa. x e y são números que deve ser determinado experimentalmente. Uma vez que xey são conhecidos, a entrada de qualquer concentração de reagente pode ser usada para encontrar a taxa da reação.

xey são importantes porque fornecem uma relação entre as concentrações dos reagentes A e B e a taxa de reação. Eles também dão o ordem de reação quando somados. A ordem da reação é a soma da potência à qual as concentrações de reagentes na lei da taxa são aumentadas.

Conforme discutido acima, a lei da taxa é uma relação matemática que mostra como a alteração da concentração do reagente afeta a taxa da reação. Então, como você pode encontrar a lei de taxas?

Dê uma olhada na seguinte reação de hidrogênio e ácido nítrico:

Para encontrar o pedido, você precisa saber os expoentes da lei de taxas que seriam escritos:

Isso requer o uso de dados que indicam a concentração do reagente e a taxa inicial.

Considere os seguintes dados:

Para encontrar a ordem em relação a cada reagente, comece encontrando os experimentos nos quais o outro reagente é mantido constante. Por exemplo, para investigar a ordem em relação ao NO, olhar para os Experimentos 1 e 2 será útil, pois a concentração de NO dobra, mas a concentração de H₂ é mantido constante.

As experiências 1 e 2 mostram que ao dobrar a concentração de NO, a taxa quadruplica. Escreva a lei da taxa para ambos os experimentos conforme abaixo:

e

A proporção entre os dois lados direitos da equação é 4, então, depois de dividir a primeira equação pela segunda, você obtém:

Portanto, y = 2.

A seguir, você pode encontrar o pedido em relação a H₂. Os experimentos 2 e 3 indicam que dobrar H₂ a concentração dobra a taxa. Isso significa que a reação é de primeira ordem em H₂.

Assim, a lei de taxas é:

A soma dos expoentes 1 e 2 resulta em 3, o que significa que a reação é de terceira ordem.

Alguns pontos importantes sobre a lei tarifária:

1. Leis brutas não podem ser encontradas na equação química. Eles devem sempre ser encontrado experimentalmente. A partir das concentrações de reagentes e da taxa de reação inicial, você pode encontrar a ordem de reação conforme mostrado acima e também encontrar a constante de taxa.
2. Para uma lei de taxa de ordem zero, a taxa é igual à constante de taxa.
3. A ordem de reação é sempre definida pela concentração do reagente.
4. A ordem de um reagente não se relaciona com o coeficiente estequiométrico na equação química balanceada.

A ordem de uma reação informa como a taxa muda com a concentração do reagente.

As reações de primeira ordem são reações cuja taxa depende da concentração do reagente elevada à primeira potência. Isso significa que, quando a concentração de um reagente é duplicada, a taxa também o é.

Muitas reações de decomposição são de primeira ordem. Um exemplo é a decomposição de N₂O₅:

As reações de segunda ordem são reações cuja taxa depende da concentração de um reagente na segunda potência ou das concentrações de dois reagentes cada uma na primeira potência.

Um exemplo de uma reação de segunda ordem é a combinação de iodo para formar iodo molecular na fase gasosa: