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Determinação da Ordem de Reação
As leis de velocidade descrevem a relação entre a velocidade de uma reação química e a concentração dos seus reagentes. Em uma lei de velocidade, a co…
Para uma reação de produto químico, a lei das taxas exprime a relação entre a taxa de reação e concentração de reagentes. Os expoentes de concentrações de reagentes influenciam a taxa de reação individualmente e são chamadas ordens de reação. A ordem de reação é determinada experimentalmente empregando o método de taxas iniciais, em que para um produto químico, a reação é repetida múltiplas vezes com reagente variável concentrações a medir as taxas de reação inicial.
Um aumento na concentração do reagente, produzindo um aumento linearmente proporcional na taxa de reação, caracteriza uma reação de primeira ordem. Se duplicar a concentração do reagente quadruplica a taxa inicial, depois uma reação de segunda ordem é observada. No entanto, se a mudança de concentrações de reagentes não afeta os valores iniciais da taxa, depois uma reação de ordem zero é observada.
Quando os dados obtidos das taxas iniciais apresentam uma relação indiscernível entre a mudança no reagente inicial da concentração e a taxa correspondente, um rácio de leis de taxa é calculado. Aqui, quaisquer dois valores de concentração do reagente e das suas taxas de reação correspondentes são utilizados para determinar a ordem de reação. Mas e as reações com reagentes múltiplos, em primeiro lugar, utilizando o método das taxas iniciais, a ordem de reação de cada reagente é determinada individualmente.
A seguir, as ordens individuais da reação são expressas como expoentes ao seu respetivo reagente de concentrações para formular a lei das taxas. Finalmente, a soma de expoentes individuais a partir da lei das taxas determina a ordem de reação global. Enquanto a ordem de reação retrata a dependência da taxa de reação sobre a concentração do reagente, uma medida direta da velocidade derivada da reação é indicada pela constante da taxa.
A taxa constante k, é o coeficiente de proporcionalidade relacionando a taxa de reação para o produto de concentrações de reagentes. A unidade de uma constante da taxa depende da ordem reação global e pode ser determinada rearranjando a lei das taxas para resolver para a taxa constante. Para uma reação de ordem zero, k tem a molaridade da unidade por segundo.
A unidade para uma primeira ordem de reação é de um segundo a mais, e para uma reação de segunda ordem é a molaridade por segundos. Uma grande constante de taxa indica uma reação rápida. Em contrapartida, uma menor constante de taxa indica uma reação lenta.
Um valor de zero significa a ausência de qualquer reação química.
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Q1: What is the method of initial rates and how is it used to determine reaction order?
The method of initial rates involves repeating a chemical reaction multiple times with varying reactant concentrations to measure initial reaction rates. By comparing how the rate changes when concentration changes, you can determine the reaction order for each reactant. If doubling concentration doubles the rate, the reaction is first-order; if it quadruples the rate, it is second-order.
Q2: How do you determine the overall reaction order for a reaction with multiple reactants?
First, use the method of initial rates to determine the reaction order of each reactant individually by varying one reactant while keeping others constant. Then express these individual orders as exponents in the rate law equation. The overall reaction order equals the sum of all individual exponents from the rate law.
Q3: What does the rate constant represent and how does its value relate to reaction speed?
The rate constant k is the proportionality coefficient in the rate law that relates reaction rate to reactant concentrations. A large rate constant indicates a fast reaction, while a smaller rate constant indicates a slow reaction. A value of zero signifies the absence of any chemical reaction.
Q4: Why do rate constant units vary depending on the overall reaction order?
Rate constant units depend on the overall reaction order because the rate law must always produce rate units of mol/L·s. For zero-order reactions, k has units of mol/L·s. For first-order, k is 1/s. For second-order, k is 1/M·s. The units adjust so that multiplying k by concentration terms yields the correct rate units.
Q5: What is a ratio of rate laws and when is it used?
A ratio of rate laws is an algebraic approach used when initial rate data does not directly show the relationship between concentration and rate. By dividing one rate law equation by another using data from two different trials, concentration terms cancel out, allowing you to solve for the reaction order without calculating the rate constant first.
Q6: How do you calculate the rate constant once you know the reaction order?
Once you determine the reaction order and formulate the rate law, substitute the concentration and rate values from any experimental trial into the rate law equation. Solve algebraically for k. The units of k are determined by rearranging the rate law so that rate units of mol/L·s are produced when k is multiplied by the concentration terms.
Q7: Can reaction orders be predicted from the stoichiometric coefficients in a chemical equation?
No. Although reaction orders sometimes coincidentally match stoichiometric coefficients, this is not reliable. Rate laws may exhibit fractional orders or negative orders, and they are determined experimentally only. Stoichiometry alone cannot predict how reactant concentration affects reaction rate. The integrated rate law the dependence of concentration on time provides predictive tools instead.