Cinética química teoría 5: Ecuación de velocidad, constante de velocidad y orden de reacción

¿Cómo varía la velocidad de reacción con la concentración? La ecuación de velocidad

Se puede determinar experimentalmente que al aumentar la concentración inicial de los reactivos aumenta la velocidad de la reacción. ¿Por qué ocurre esto? Como hemos visto en apartados previos, para que una reacción suceda los reactivos deben encontrarse. Si aumenta la concentración de estos también aumenta el número de moléculas por unidad de volumen y, por tanto, se producirán más colisiones y habrá también más moléculas que puedan formar el complejo activado. Es una cuestión de probabilidad, si hay más moléculas por unidad de volumen, la probabilidad de que choquen entre sí aumenta.

La relación entre la concentración de reactivos y la velocidad de reacción se refleja en la llamada ecuación de velocidad o ley de velocidad, la cual se determina experimentalmente.

Para la reacción:

aA + bB → cC + dD

La velocidad será:

v = k·[A]n·[B]m

Donde:

v: velocidad instantánea de la reacción en mol/L·s

k: constante de velocidad, cuyo valor depende de de la reacción y de la temperatura, y sus unidades dependen del orden global de reacción

[A] y [B] son las concentraciones de los reactivos A y B, en mol/L

n y m: exponentes que reciben el nombre de órdenes parciales de reacción

n: orden parcial de reacción respecto de A

m: orden parcial de reacción respecto de B

Hemos puesto n y m para los órdenes parciales de A y B y no a y b, es decir, los valores de n y m no coinciden necesariamente con los coeficientes estequiométricos de los reactivos, si bien a menudo sí que ocurre esto, que ambos valores coinciden.

Si una reacción tiene la siguiente ecuación de velocidad:

v = k·[A]1·[B]2

se dice que es de orden 1 (o de primer orden) respecto de A y de orden 2 (o de segundo orden) respecto de B. Su orden global es 3, ya que el orden global se calcula sumando ambos órdenes parciales, n y m:

Orden global de reacción = n + m

Por ejemplo, en la reacción:

CO + NO2 → CO2 + NO

v = k·[NO2]2

La reacción es de orden 2 con respecto a NO2, de orden 0 con respecto a CO (esto muestra que una reacción puede ser de orden parcial 0 con respecto a un reactivo, significa que la velocidad no depende de la concentración de este) y globalmente es de orden 2, ya que 0+2=2.

Unidades de la constante de reacción según el orden global de reacción

La constante de velocidad que aparece en la ecuación de velocidad, k, no siempre tiene las mismas unidades. Sus unidades dependen de cuál sea el orden global de la reacción y se pueden deducir. Así, tenemos de forma general:

Reacciones de orden global 1

v = k·[A] → s-1

Reacciones de orden global 2

v = k·[A]2 → L/mol·s → L·mol-1·s-1

Reacciones de orden global 3

v = k·[A]2·[B] → L2/mol2·s → L2·mol-2·s-1

En el vídeo deducimos el porqué de estas unidades.

Asimismo, cabe destacar que el valor de la constante de velocidad depende de la presencia de catalizadores, de la reacción en sí, de la temperatura, y que a mayor valor de constante de velocidad, mayor será la velocidad de la reacción porque son magnitudes directamente proporcionales. Así, una reacción de primer orden con constante k de 2 s-1 será más rápida que una reacción con constante 1 s-1, por ser mayor la primera.

Category: Cinética Química and Teoría de Cinética Química.

Tags: Constante de velocidad, Ecuación de velocidad, and Velocidad de reacción.

6 Comentarios

  1. Información Bitacoras.com

    Valora en Bitacoras.com: ¿Cómo varía la velocidad de reacción con la concentración? La ecuación de velocidad Se puede determinar experimentalmente que al aumentar la concentración inicial de los reactivos aumenta la velocidad de la reacción. ¿Por qué..…

    Bitacoras.com, 2 Años Antes Reply

  2. Hola, tengo dos dudas, la primera, es que no entendí bien porque el CO no influía en la velocidad de reacción y la otra, porqué al {NH2}la elevaban al cuadrado (2), ¿será porque es NH2?

    Muy buenos tus vídeos, explicas de una manera muy didáctica.

    Matías Jara Flores, 1 Año Antes Reply

    • Perdón, era NO2, no NH2, jajaja

      Matías Jara Flores, 1 Año Antes Reply

    • ¡Hola! Muchas gracias por tu comentario. No te preocupes, no tienes por qué saber eso, es un dato práctico que te doy yo (se sabe de forma experimental) para que se entienda el orden de reacción, pero desde luego en este caso no hay modo alguno de deducir que es de orden 0 respecto del CO y de orden 2 respecto del NO2. Podrías deducirlo si tuvieses datos de velocidad frente a la concentración de cada uno de ellos, pero no es el caso. Un saludo grande.

      QuimiTube, 1 Año Antes Reply

  3. Hola, me gustaría saber calcular las ecuaciones de velocidad de forma experimental, como realizar los cálculos de los ordenes y que datos son necesarios. Gracias.

    guillermo, 6 Mess Antes Reply

    • Hola Guillermo, para ello necesitas para empezar un procedimiento analítico que te permita medir las concentraciones de algún reactivo o producto de forma sencilla. Es muy frecuente que se haga con un espectrofotómetro si alguno de ellos es coloreado, a medida que su concentración aumenta o disminuye, también variará la absorbancia a una determinada longitud de onda. Cuando esto esté resuelto, lo que debes hacer es medir la velocidad inicial de la reacción para distintas concentraciones de cada reactivo manteniendo el otro constante. Este método se llama “de las velocidades iniciales”, que vemos en este ejercicio:
      http://www.quimitube.com/videos/cinetica-quimica-metodo-velocidades-iniciales-orden-reaccion
      Un saludo

      QuimiTube, 5 Mess Antes Reply


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