Concentratie- en snelheidswet

De reactiesnelheid is vaak afhankelijk van de reactantconcentraties. Voor elke reactie kan de relatie tussen de reactiesnelheid en de reactantconcentraties wiskundig worden uitgedrukt met behulp van een snelheidswet of de Snelheidsvergelijking. In een snelheidswet is k de evenredigheidsconstante of de snelheidsconstante, en is n de reactie-orde met betrekking tot een enkele reactant, waarvan de waarde vaak een geheel getal is.

In snelheidswetten voor reacties met meerdere reactanten, is de totale reactie-orde de som van alle reactant-orden. Voor elke reactant worden de reactiesnelheid, snelheidsconstante, concentratie en de reactie-orde allemaal experimenteel bepaald. De tariefwet geeft de relatie weer tussen al deze parameters.

Individuele reactant-orde nemen gewoonlijk de waarden 0, 1 of 2 aan, en op basis van de algehele reactie-orde kunnen chemische reacties worden gecategoriseerd als reacties van de nulde orde, de eerste orde of de tweede orde. Een enkele reactant, of unimoleculaire, chemische reactie waarvoor de reactiesnelheid constant blijft gedurende de duur ervan, is een nulde-orde-reactie. De reactantorde in een nulde-orde reactie is nul, en volgens de snelheidswet wordt de reactantconcentratie verhoogd tot het nulde vermogen.

Omdat de waarde van elk getal verheven tot het nulde vermogen één is, is de reactiesnelheid van een nulde-orde reactie gelijk aan de snelheidsconstante en dus onafhankelijk van de reactantconcentratie. Daarom vertraagt de reactiesnelheid in een nulde-orde-reactie niet, zelfs als de concentratie van de reactant afneemt. Een unimoleculaire chemische reactie waarbij de reactiesnelheid recht evenredig is met de concentratie van de reactant is een eerste orde reactie.

De reactant-orde voor een eerste-orde reactie is één, en volgens de snelheidswet wordt de concentratie van de reactant verhoogd tot de eerste macht. Omdat de waarde van elk getal verheven tot de macht van één hetzelfde blijft, hangt de reactiesnelheid van een eerste orde reactie direct af van de reactantconcentratie. Naarmate de reactantconcentratie afneemt, neemt de reactiesnelheid proportioneel lineair af.

Een unimoleculaire chemische reactie waarbij de reactiesnelheid afhankelijk is van het kwadraat van de concentratie van de reactant is een reactie van de tweede orde. De reactant-orde is twee, en de reactantconcentratie wordt verhoogd tot de tweede macht. Dienovereenkomstig hangt de reactiesnelheid bij een reactie van de tweede orde rechtstreeks af van het kwadraat van de reactantconcentratie.

Naarmate de reactantconcentratie afneemt, neemt de reactiesnelheid exponentieel op kwadratische wijze af.