Determinazione dell'ordine di reazione

Per una reazione chimica, la legge della velocità esprime la relazione fra la velocità della reazione e la concentrazione del reagente. Gli esponenti delle concentrazioni dei reagenti influenzano individualmente la velocità di reazione e sono detti ordini di reazione. L'ordine di reazione è determinato sperimentalmente usando il metodo delle velocità iniziali, in cui una reazione chimica viene ripetuta più volte con concentrazioni di reagenti variabili per misurare le velocità di reazione iniziali.

Un aumento della concentrazione del reagente, che produce un aumento linearmente proporzionale della velocità di reazione, caratterizza una reazione di primo ordine. Se raddoppiando la concentrazione del reagente la velocità iniziale quadruplica, si osserva una reazione di secondo ordine. Tuttavia, se la variazione delle concentrazioni dei reagenti non influisce sui valori della velocità iniziale, allora si osserva una reazione di ordine zero.

Quando i dati delle velocità iniziali ottenuti presentano una relazione indiscernibile fra la variazione della concentrazione iniziale di reagenti e la velocità corrispondente, si calcola un rapporto delle leggi di velocità. Qui, due qualsiasi valori di concentrazione del reagente e le loro corrispondenti velocità di reazione sono utilizzati per determinare l'ordine di reazione. E per quanto riguarda le reazioni con più reagenti?

Innanzitutto, utilizzando il metodo delle velocità iniziali, l'ordine di reazione di ciascun reagente è determinato individualmente. Poi, i singoli ordini di reazione sono espressi come esponenti delle rispettive concentrazioni di reagenti per formulare la legge della velocità. Infine, la somma dei singoli esponenti dalla legge della velocità determina l'ordine complessivo della reazione.

Mentre l'ordine della reazione rappresenta la dipendenza della velocità di reazione dalla concentrazione del reagente, una misura diretta della velocità di reazione relativa è indicata dalla costante di velocità. La costante di velocità k è il coefficiente di proporzionalità che collega la velocità di reazione al prodotto delle concentrazioni dei reagenti. L'unità di una costante di velocità dipende dall'ordine di reazione generale e può essere determinata riorganizzando la legge della velocità per risolvere la costante di velocità.

Per una reazione di ordine zero, k ha la molarità unitaria per secondi. L'unità per una reazione di primo ordine è uno su secondi, e per una reazione di secondo ordine è uno su molarità-secondi. Una costante di velocità elevata indica una reazione rapida.

Al contrario, una costante di velocità più piccola indica una reazione lenta. Un valore di zero indica l'assenza di qualsiasi reazione chimica.