Califique las leyes de constantes y tarifas

Ley de tasa y constante de tasa

Finge que estás acampando. Tienes frío y estás mojado, y quieres hacer un gran fuego rápidamente para secarte y calentar. Se enciende una pequeña llama, pero ¿cuál es la mejor manera de encender un gran fuego rápidamente? ¿Le agregas oxígeno? ¿Mas madera? ¿Líquido de encendedor? ¿Qué reactivo puede agregar para acelerar la velocidad de la reacción?

La pregunta que realmente se está haciendo es: “¿Cuál es el mecanismo de reacción?” ¿Cómo funciona exactamente la reacción que hace que el fuego funcione? ¿Qué reactivos deben combinarse en qué concentraciones para hacer el producto final? Al estudiar reacciones químicas, la ley de velocidad permite a los científicos determinar factores como estos.

Ha aprendido que la velocidad de una reacción se ve afectada por la concentración de los reactivos. Sabes que la tasa cambia durante un período de tiempo. Por ejemplo, una reacción de A + B -> C tiene una velocidad de la siguiente:

El símbolo delta de arriba significa ‘cambio en’.

Después de estudiar química durante un tiempo, no debería sorprendernos que exista una ley para la tasa. Se llama ley de tasas. La ley de la velocidad es la relación entre la velocidad de una reacción y la concentración de los reactivos. La ecuación de la ley de tasas es:

Tasa = k [ A ] ^ m

A es el reactivo
k es una constante llamada constante de velocidad
m es el orden de reacción

Si m = 0, entonces la reacción es de orden cero, y la velocidad es independiente de la concentración de A .
Si m = 1, entonces la reacción es de primer orden, y la tasa es directamente proporcional a la concentración de A .
Si m = 2, entonces la reacción es de segundo orden, y la velocidad es proporcional al cuadrado de la concentración de A .

La ecuación para determinar la ley de tasas

Orden de reacción para un reactivo

Ahora quizás se pregunte qué determina el orden de una reacción. El orden de una reacción está determinado por los datos recopilados durante la experimentación. No hay forma de determinar el orden simplemente mirando una ecuación de reacción. Debe determinarse mediante experimento.

Una vez que tenga los datos experimentales, puede determinar k comparando la concentración de A y la velocidad de la reacción. Si la concentración de A aumenta pero la tasa sigue siendo el mismo, es una reacción de orden cero, porque la velocidad de reacción es independiente de la concentración de A . Si la concentración de A y la velocidad aumentan a la misma velocidad, entonces el orden de reacción es uno porque son directamente proporcionales. Si la velocidad se cuadruplica por cada duplicación de A , entonces el orden de reacción es dos porque la velocidad es proporcional al cuadrado de la concentración.

Déjame mostrarte una tabla para intentar aclarar esto. La siguiente tabla muestra un orden de reacción de cero. Observe cómo la velocidad de la reacción no cambia incluso cuando aumenta la concentración.

La siguiente tabla muestra un orden de reacción de uno. Observe cómo la velocidad de la reacción aumenta a la misma velocidad que aumenta la concentración.

La siguiente tabla a continuación muestra un orden de reacción de dos. La velocidad de la reacción se cuadriplica por cada duplicación de la concentración.

Orden de reacción para dos reactivos

El orden de reacción también se puede determinar para reacciones con dos reactivos. Para la reacción A + B -> C + D , la ecuación de velocidad es:

Tasa = k [ A ] ^ m [ B ] ^ n

… donde m es el orden tasa de A y n es el orden tasa de B . El orden de velocidad de la reacción general es m + n .

La velocidad de reacción de dos reactivos se calcula utilizando esta ecuación.

Probemos con un problema relacionado con la ley de tasas.

La siguiente tabla muestra los datos experimentales para la reacción simulada A + B -> C + D :

La velocidad de la reacción se determinó experimentalmente, por lo que los números son ligeramente diferentes. Aunque esto cambiará ligeramente su respuesta final, no la cambiará significativamente.

Ejemplo

A continuación se muestra un ejemplo de un problema cuando se utiliza la constante de tasa y la ley de tasa.

¿Cómo se usa la ley de la velocidad para encontrar la constante de velocidad de la reacción?

Lo primero que debe hacer es observar la concentración de A y la velocidad de reacción. Puede ver en la tabla de arriba que cuando la concentración de A se duplica, la tasa se cuadruplica. Esto sugiere que A es una reacción de segundo orden. Ahora, mirada en B . A medida que la concentración de B se duplica, mientras que la concentración de A permanece igual, la velocidad de reacción permanece esencialmente igual. Esto sugiere que B es una reacción de orden cero.

Para determinar la constante de velocidad, resuelva la ley de velocidad para k para uno de los conjuntos de datos de la tabla. La k cambiará según el conjunto de datos que utilice porque la ley de velocidad depende de las concentraciones de reactivos y eran diferentes para cada conjunto de datos. Usemos el tercer conjunto de datos:

Tasa = k [ A ] ^ 2 [ B ] ^ 0

Debido a que [ B ] está a la potencia cero y es un orden cero, se puede descartar porque la tasa no depende de él. Entonces, la ecuación se simplifica a:

Tasa = k [ A ] ^ 2
k = tasa / [ A ] ^ 2
k = 0.0082 / (0.2) ^ 2
k = 0.205

Resumen de la lección

La ley de la velocidad es la relación entre la velocidad de una reacción y la concentración de los reactivos. La ecuación de la ley de tasas es:

Tasa = k [ A ] ^ m

A es el reactivo
k es una constante llamada constante de velocidad
m es el orden de reacción

El orden de una reacción está determinado por los datos recopilados durante la experimentación.

Si m = 0, entonces la reacción es de orden cero, y la velocidad es independiente de la concentración de A .
Si m = 1, entonces la reacción es de primer orden, y la tasa es directamente proporcional a la concentración de A .
Si m = 2, entonces la reacción es de segundo orden, y la velocidad es proporcional al cuadrado de la concentración de A .

Los resultados del aprendizaje

Una vez que haya terminado con esta lección, podrá:

• Discutir la ley de tasas y la constante de tasas
• Escribe la ecuación para la ley de la tasa
• Indicar cómo se determina el orden de una reacción
• Comprender cero, primer y segundo orden
• Resolver para la constante de velocidad cuando se le da una tabla de datos