Leyes de Velocidad de Reacción

Una ley de velocidad expresa cómo la rapidez de una reacción depende de las concentraciones de sus reactivos, y su forma integrada predice cómo esas concentraciones evolucionan en el tiempo.

Definition

Una ley de velocidad de reacción es una ecuación empírica que relaciona la velocidad instantánea de una reacción con las concentraciones de los reactivos, cada una elevada a una potencia que define su orden, con una constante de velocidad dependiente de la temperatura.

Scope

Este tema abarca la determinación empírica de las leyes de velocidad: la definición de la velocidad de reacción, los conceptos de orden y molecularidad, la constante de velocidad y métodos como las velocidades iniciales y el aislamiento para encontrar los órdenes. Desarrolla las ecuaciones de velocidad integradas para reacciones de orden cero, primer y segundo orden, las vidas medias correspondientes y el análisis de reacciones reversibles, paralelas y consecutivas. La reconstrucción de mecanismos a partir de leyes de velocidad y el origen teórico de las constantes de velocidad se tratan en temas separados.

Core questions

• ¿Cómo se determina experimentalmente el orden de reacción a partir de datos de concentración-tiempo?
• ¿Cuáles son las ecuaciones de velocidad integradas y las vidas medias para los órdenes de reacción comunes?
• ¿En qué se diferencian la molecularidad y el orden, y por qué no tienen que coincidir?
• ¿Cómo se analizan cinéticamente las reacciones paralelas y consecutivas?

Key concepts

• Velocidad de reacción y constante de velocidad
• Orden y molecularidad
• Ecuaciones de velocidad integradas
• Vida media y tiempo característico
• Método de velocidades iniciales y aislamiento

Key theories

Leyes de velocidad integradas

La integración de la ley de velocidad diferencial para un orden dado produce relaciones explícitas de concentración-tiempo, gráficos lineales que identifican el orden y vidas medias características que son constantes para reacciones de primer orden, pero dependientes de la concentración en otros casos.

Determinación del orden por aislamiento y velocidades iniciales

Al mantener todos los reactivos, excepto uno, en gran exceso, o al medir las velocidades al principio, antes de que se acumulen los productos, se puede aislar la dependencia de cada reactivo y ensamblar la ley de velocidad general.

Clinical relevance

Las leyes de velocidad establecen las ecuaciones de diseño para los reactores químicos, predicen la descomposición y la vida útil de los fármacos y reactivos, rigen el momento de la dosificación y la eliminación en la farmacocinética, y cuantifican la persistencia de los contaminantes en los sistemas ambientales.

History

El estudio de Wilhelmy de 1850 sobre la inversión de la sacarosa proporcionó la primera ley de velocidad cuantitativa; la ley de acción de masas de Guldberg y Waage en la década de 1860 conectó las velocidades con las concentraciones, y van't Hoff sistematizó el orden y la molecularidad en sus estudios de 1884 sobre la dinámica química.

Key figures

• Ludwig Wilhelmy
• Cato Maximilian Guldberg
• Peter Waage

Seminal works

• atkins2018
• laidler1987

Frequently asked questions

¿Puede una reacción tener un orden fraccionario o incluso cero?

Sí. Los órdenes fraccionarios suelen surgir de mecanismos complejos de múltiples pasos, y el orden cero ocurre cuando la velocidad está limitada por algo distinto de la concentración del reactivo, como una superficie de catalizador saturada, por lo que la velocidad se mantiene constante hasta que un reactivo está casi agotado.

¿Por qué la vida media de una reacción de primer orden es independiente de la concentración?

Para la cinética de primer orden, la velocidad es directamente proporcional a la concentración, por lo que la disminución fraccionaria por unidad de tiempo es constante; el tiempo para reducirse a la mitad es, por lo tanto, el mismo independientemente de la cantidad inicial, razón por la cual la desintegración radiactiva tiene una vida media fija.