Determinando el Orden de Reacción

Para una reacción química, la ley de velocidad expresa la relación entre la velocidad de reacción y la concentración de reactivo. Los exponentes de las concentraciones de reactivo influyen en la velocidad de reacción individualmente y se denominan órdenes de reacción. El orden de reacción se determina experimentalmente empleando el método de velocidades iniciales, donde una reacción química se repite varias veces con concentraciones de reactivo variables para medir las velocidades de reacción iniciales.

Un aumento en la concentración de reactivo, que produce un aumento linealmente proporcional en la velocidad de reacción, caracteriza una reacción de primer orden. Si duplicar la concentración de reactivo cuadriplica la velocidad inicial, entonces se observa una reacción de segundo orden. Sin embargo, si el cambio de las concentraciones de reactivo no afecta los valores de la velocidad inicial, se observa una reacción de orden cero.

Cuando los datos obtenidos de las velocidades iniciales presentan una relación indiscernible entre el cambio en la concentración inicial de reactivo y la velocidad correspondiente, se calcula una relación de leyes de velocidad. Aquí, cualesquiera dos valores de concentración del reactivo y sus correspondientes velocidades de reacción se utilizan para determinar el orden de reacción. Pero, qué pasa con las reacciones con múltiples reactivos?

Primero, usando el método de velocidades iniciales, se determina individualmente el orden de reacción de cada reactivo. A continuación, los órdenes de reacción individuales se expresan como exponentes de sus respectivas concentraciones de reactivo para formular la ley de velocidad. Por último, la suma de los exponentes individuales de la ley de velocidad determina el orden de reacción general.

Si bien el orden de la reacción representa la dependencia de la velocidad de reacción de la concentración de reactivo, la constante de velocidad indica una medida directa de la velocidad de reacción relativa. La constante de velocidad k, es el coeficiente de proporcionalidad que relaciona la velocidad de reacción con el producto de las concentraciones de reactivo. La unidad de una constante de velocidad depende del orden de reacción general y se puede determinar reordenando la ley de velocidad para resolver la constante de velocidad.

Para una reacción de orden cero, k tiene la unidad de molaridad por segundo. La unidad para una reacción de primer orden es una sobre segundos, y para una reacción de segundo orden es una sobre molaridad-segundos. Una constante de velocidad grande indica una reacción rápida.

Por el contrario, una constante de velocidad menor indica una reacción lenta. Un valor de cero significa la ausencia de reacción química.