En cinética química, la velocidad de reacción describe la rapidez con la que los reactivos se convierten en productos. La ley de tarifas expresa esta relación matemáticamente, incorporando una constante de velocidad y exponentes que representan el orden de reacción con respecto a cada reactivo. Determinar estos exponentes experimentalmente es esencial para comprender los mecanismos de reacción y optimizar los procesos industriales.

TL;DR

Mida la velocidad inicial de formación del producto mientras varía las concentraciones o presiones iniciales de cada reactivo. Traza los datos para identificar cómo la velocidad aumenta con cada componente, revelando el orden de reacción y permitiendo el cálculo de la constante de velocidad.

Comprender el orden de reacción

El orden de una reacción se refiere a la potencia a la que se eleva la concentración de cada reactivo en la ley de velocidad. No es lo mismo que el coeficiente estequiométrico en la ecuación balanceada; más bien, refleja la sensibilidad de la tasa a los cambios en la concentración.

• Orden cero :La velocidad es independiente de la(s) concentración(es) de reactivo. Ejemplo:r =k.
• Primer orden :La velocidad es directamente proporcional a la concentración de un reactivo. Ejemplo:r =k[A].
• Segundo orden :La velocidad depende del cuadrado de la concentración de un reactivo o del producto de las concentraciones de dos reactivos. Ejemplo:r =k[A][B] o r =k[A]².

Reacciones de orden cero

En una verdadera reacción de orden cero, la velocidad de reacción permanece constante en el tiempo, siempre que los reactivos estén presentes. Gráficamente, la concentración de un reactivo disminuye linealmente con el tiempo, mientras que la concentración del producto aumenta linealmente. La pendiente de estas líneas es igual a la constante de velocidad k, pero k no es función de la concentración del reactivo.

En la práctica, muchas reacciones parecen de orden cero en condiciones específicas, como reacciones catalizadas por enzimas a niveles de sustrato saturados o procesos mediados por superficies donde la superficie activa se convierte en un factor limitante. A menudo se les denomina pseudoorden cero. porque la suposición se mantiene sólo hasta que se agota un reactivo.

Determinación del orden de reacción y constante de velocidad

El análisis cinético preciso se basa en el método de tasa inicial . Siga estos pasos:

1. Establezca una serie de reacciones idénticas, cada una con una concentración (o presión) inicial diferente de un reactivo mientras mantiene los demás constantes.
2. Mida la velocidad de formación del producto al comienzo de cada reacción, antes de que se produzca un consumo significativo de reactivos.
3. Grafica las tasas iniciales (r) frente a las concentraciones iniciales ([A], [B], etc.).
   • Si la gráfica es una línea recta que pasa por el origen, la pendiente da la constante de velocidad y el orden (pendiente =1 para el primer orden).
   • Una gráfica logarítmica (logr vs. log[A]) produce el orden como la pendiente de la línea.
   • Los gráficos curvos indican mecanismos más complejos o dependencia de orden superior.
4. Confirme la ley de velocidad derivada comparando las concentraciones previstas a lo largo del tiempo con datos experimentales, utilizando métodos numéricos o de integración.

Los errores típicos incluyen:

• Usar concentraciones promedio en lugar de valores iniciales, lo que puede enmascarar el verdadero comportamiento cinético.
• Despreciar los cambios de temperatura, presión o área de superficie del catalizador que alteran la constante de velocidad efectiva.
• Se supone un mecanismo de un solo paso cuando la reacción se produce a través de intermediarios.

Para los estudiantes visuales, un conciso tutorial de YouTube realizado por el Dr. Kim del MIT demuestra el método de tasa inicial con conjuntos de datos reales:https://www.youtube.com/watch?v=example .

Crédito de la imagen:SARINYAPINNGAM/iStock/GettyImages