Determinación de la ecuación de velocidad, la constante de la ley de velocidad y el orden de reacción a partir de datos experimentales
Ley de tarifas
Abróchate el cinturón, ¡estamos a punto de hacer mucha química! Comencemos de inmediato con las leyes de velocidad , a veces llamadas ecuaciones de velocidad, que son ecuaciones que relacionan las concentraciones de reactivos con la velocidad de reacción. Recuerde, cuando observa una reacción química, los reactivos están en el lado izquierdo de la flecha y los productos están en el lado derecho.
Eche un vistazo a esta ecuación de la ley de tasas:
 |
Dónde:
- A y B son las concentraciones de compuestos o moléculas.
- x y y son las órdenes de reacción
- r es la tasa
- k es la constante de velocidad
Considere la reacción donde NO y H 2 son los reactivos y N 2 y H 2 O son los productos.
2NO (g) + 2H 2 (g) → N 2 (g) + H 2 O (g)
Mire la tabla de datos experimentales que relaciona las concentraciones de reactivos (nota: M es la molaridad) con la velocidad de la reacción (nota: M / s es la molaridad por segundo).
| Experimentar | Concentración de NO (M) | Concentración de H 2 (M) | Tasa inicial (M / s) |
|---|---|---|---|
| 1 | 0,0050 | 0,0020 | 1,25 x 10 -5 |
| 2 | 0.0100 | 0,0020 | 5,00 x 10 -5 |
| 3 | 0.0100 | 0,0040 | 1,00 x 10 -4 |
Podemos utilizar estos datos para ayudarnos a averiguar X e Y y escribimos una ecuación de la ley de velocidad para esta reacción. Para encontrar x , necesitamos mirar los datos y determinar qué le sucede al NO cuando el H 2 permanece igual (Experimentos 1 y 2). Observe que NO se duplica del Experimento 1 al Experimento 2.
¿Cómo afecta esta duplicación a la tasa? La tasa aumenta en un factor de cuatro. Para calcular x , podemos relacionar la duplicación y el aumento por un factor de cuatro de la siguiente manera: 2 x = 4. Haciendo algunas matemáticas, sabemos que x = 2.
A continuación, necesitamos averiguar y . Mirando la tabla, puede ver que los Experimentos 2 y 3 mantienen NO constante, mientras que H 2 se duplica. También puede ver que cuando se duplica el H 2 , la tasa se duplica. Podemos relacionar estos dos factores de la siguiente manera para determinar y : 2 y = 2. Entonces sabemos que y = 1.
Usando la ecuación ley de velocidad, podemos enchufar A, B, X e Y .
 |
Orden de reacción
¡Es seguro decir que estamos navegando a través de esto! ¿Estás listo para más? Ahora que hemos determinado la ley de la velocidad, podemos determinar el orden de reacción , que nos dice si la concentración de reactivos afecta la velocidad y cómo.
Con el fin de determinar el orden de reacción, añadir los exponentes x y y juntos. En nuestro ejemplo anterior, sumaríamos 2 + 1 = 3. Esto nos dice que tenemos una reacción de tercer orden.
Tarifa constante
Tenemos una pieza más para unir todo. ¿Recuerdas k de antes? Esta es la constante de velocidad , que relaciona la concentración de reactivos con la velocidad de reacción. Podemos usar nuestra ley de tasas y nuestros datos experimentales para determinar k para nuestra ecuación.
Podemos reemplazar los datos de nuestro experimento y luego resolver k . Podemos usar cualquier experimento, pero usemos los datos del Experimento 2.
Introduzca la molaridad de NO y H 2 y la tasa de la tabla de datos. Ahora resuelva para k , lo que le da 250.
 |
Las unidades son un poco complicadas, pero si lo haces bien, deberías terminar con 1 / M 2 s.
Algo de práctica
¡Guau! ¡Esa fue mucha información! No se preocupe si se siente confundido, nos tomaremos un momento para repasar un nuevo problema y poner a prueba sus habilidades. Coge un lápiz y papel para que puedas resolverlos conmigo.
Mira esta reacción y los datos experimentales:
O 2 (g) + 2NO (g) → 2NO 2 (g)
| Experimentar | Concentración de O 2 (M) | Concentración de NO (M) | Tasa inicial (M / s) |
|---|---|---|---|
| 1 | 1.1 | 1.3 | 3,2 x10 -3 |
| 2 | 2.0 | 1.3 | 5,8 x 10 -3 |
| 3 | 1.1 | 3,0 | 1,7 x 10 -2 |
Ley de tarifas
Figura Vamos a cabo la ley de velocidad mediante la determinación de x e y . Comience a mirar los datos en los que NO permanece igual (Experimentos 1 y 2). Los datos indican que el O 2 pasó de 1,1 a 2,0. Uh-oh, esto es más difícil que el primer ejemplo.
Para saber cuánto aumentó, divida 2.0 por 1.1, lo que le da 1.8.
A continuación, observe cómo cambia la tasa. Para calcular el factor en el que aumentó, divida 5,8 x 10 -3 por 3,2 x10 -3 , lo que le da 1,8.
Relaciona estos dos números para calcular x : 1.8 x = 1.8, entonces x = 1.
Ahora, para determinar y , observe dónde el O 2 permanece igual y el NO cambia (experimentos 1 y 3). Los datos muestran que el NO salta de 1.3 a 3.0, o un aumento en un factor de 2.3. La tasa se multiplica por 5,3. Relacione estos dos factores: 2.3 y = 5.3, entonces y = 2.
Ahora que sabes X e Y se puede escribir la ecuación de la ley de velocidad:
 |
Orden de reacción
Puede determinar el orden de la reacción sumando los exponentes, por lo que 1 + 2 = 3
Tarifa constante
Por último, determine la constante de velocidad introduciendo datos experimentales. Usemos los datos del Experimento 1 esta vez.
 |
Resolviendo para k = 1.7 x 10 -3 , con la unidad: 1 / M 2 s.
Resumen de la lección
¡Tomar una respiración profunda! ¡Eso fue mucho! Recuerde, las leyes de velocidad o ecuaciones de velocidad relacionan las concentraciones de reactivos con la velocidad de la reacción. Se puede determinar x e y en la ley de velocidad mirando los datos experimentales y darse cuenta de cómo el cambio en la concentración de un reactivo está relacionada con la velocidad de reacción.
El orden de reacción ayuda a los químicos a saber si la concentración de reactivos afecta la velocidad. Se puede determinar mediante la incorporación de los exponentes x e y .
Ahora, puede insertar los datos experimentales y resolver k , que es la constante de velocidad que relaciona la concentración de reactivos con la velocidad de reacción.