Ecuación de velocidad | una ecuación utilizada para calcular la velocidad de una reacción química

La ecuación de velocidad (o ley de velocidad) es una ecuación utilizada para calcular la velocidad de una reacción química. Para una reacción general aA + bB → C, la ecuación de velocidad es:

r = k [ A ] x [ B ] y {\displaystyle r;=\;k[\mathrm {A} ]^{x}[\mathrm {B} ]^{y}} $r\;=\;k[\mathrm {A} ]^{x}[\mathrm {B} ]^{y}$

Aquí, [A] y [B] son las concentraciones de A y B. x e y dependen de qué paso es el que determina la velocidad. Si el mecanismo de reacción es muy simple, en el que A y B se golpean y luego pasan a productos a través de un estado de transición, entonces x=a e y=b. k es la constante de velocidad de la reacción. Esta cambia con la temperatura, la presión y otras condiciones.

La ecuación de velocidad es una ecuación diferencial. Si se integra, se encuentra una ecuación que dice cómo cambia la concentración de reactivos y productos con el tiempo.

En casos especiales, es muy fácil resolver la ecuación y encontrar k. Por ejemplo, en una reacción de primer orden la ecuación es:

r = - d [ A ] d t = k [ A ] {\displaystyle r=-{frac {d[A]}{dt}}=k[A]} $r=-{\frac {d[A]}{dt}}=k[A]$

Integrar da:

ln [ A ] = - k t + ln [ A ] 0 {\displaystyle \ln {[A]}=-kt+\ln {[A]_{0}} $\ \ln {[A]}=-kt+\ln {[A]_{0}}$

$\ln {[A]}$ Así, un gráfico de ln [ A ] {\displaystyle \ln {[A]}} contra el tiempo t da una línea recta con una pendiente de - k {\displaystyle -k} $-k$ .

A veces, los experimentos pueden hacerse de forma que la reacción parezca de primer orden. Si la concentración de uno de los reactivos se mantiene en el mismo valor alto, entonces se puede pensar que es una constante. La ecuación se convierte en r = k [ A ] [ B ] = k ′ [ A ] {\displaystyle r=k[A][B]=k'[A]} $r=k[A][B]=k'[A]$ donde k' es la constante de velocidad de pseudoprimer orden. Entonces se puede utilizar el método anterior para calcular k'.

Referencia

^1.01.1 ↑ https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/transition-state-theory/

Mecanismos básicos de reacción
Sustitución nucleofílica	Sustitución nucleófila unimolecular (S_N 1) - Sustitución nucleófila bimolecular (S_N 2) - Sustitución aromática nucleófila (S_N Ar) - Sustitución interna nucleófila (S_N i)
Reacción de eliminación	Eliminación unimolecular (E1) - Reacción de eliminación E1cB - Eliminación bimolecular (E2)
Reacciones de adición	Adición electrofílica - Adición nucleofílica - Adición de radicales libres - Cicloadición
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Cinética química	Ecuación de la tasa - Etapa de determinación de la tasa

Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es la ecuación de la tasa?

R: La ecuación de velocidad (o ley de velocidad) es una ecuación utilizada para calcular la velocidad de una reacción química. Tiene en cuenta las concentraciones de reactivos y productos, así como otras condiciones como la temperatura y la presión.

P: ¿Cómo se puede calcular la constante de velocidad?

R: En casos especiales, es posible resolver la ecuación diferencial y encontrar k integrándola. Por ejemplo, en una reacción de primer orden, un gráfico de ln[A] frente al tiempo t dará una línea recta con una pendiente de -k.

P: ¿Qué representan x e y en la fórmula general de reacción?

R: x e y dependen de qué paso es el que determina la velocidad. Si el mecanismo de reacción es muy simple, en el que A y B se golpean y pasan a productos a través de un estado de transición, entonces x=a e y=b.

P: ¿Existe otra forma de calcular k si un reactivo tiene una alta concentración?

R: Sí, si un reactivo tiene una concentración elevada que puede considerarse constante, entonces se convierte en lo que se conoce como constante de velocidad de pseudoprimer orden (k'). Esto también puede utilizarse para calcular k'.

P: ¿Cómo afecta la temperatura a la constante de velocidad?

R: La constante de velocidad cambia con la temperatura, la presión y otras condiciones.

P: ¿Qué tipo de ecuación es la ecuación de velocidad?

R: La ecuación de la tasa es una ecuación diferencial.