Cinética química

En una reacción de orden cero, la velocidad de la reacción es independiente de la concentración de los reactivos. Esto significa que, aunque cambie la concentración del reactivo, la velocidad a la que ocurre la reacción permanece constante. Un ejemplo de una reacción de orden cero es la descomposición del peróxido de hidrógeno en agua y gas oxígeno. Esta reacción es catalizada por una enzima llamada catalasa. La catalasa se encuentra presente en muchos organismos vivos.

La ecuación de velocidad es simple y no depende de la concentración de peróxido de hidrógeno. La velocidad es igual a k para la reacción de orden cero. k es una constante de velocidad. k depende únicamente de las condiciones de reacción, como la temperatura y la presión. La velocidad de la reacción está determinada únicamente por la concentración de la enzima catalasa. Esto significa que, independientemente de la concentración inicial de peróxido de hidrógeno, la reacción procederá a la misma velocidad siempre que haya suficiente catalasa presente.

Cuando trazamos un gráfico entre la velocidad de una reacción de orden cero y la concentración, obtenemos una línea recta paralela al eje x. Esta línea muestra que aunque la concentración aumenta, la velocidad de reacción permanece constante. Esto demuestra que la velocidad de una reacción de orden cero es independiente de la concentración del reactivo.

En una reacción de primer orden, la velocidad de reacción es directamente proporcional a la concentración del reactivo. A medida que la concentración del reactivo disminuye, la velocidad de la reacción también disminuye proporcionalmente. De la misma manera, si aumentamos la concentración del reactivo, la velocidad de reacción también aumenta. Aquí se ilustra la ecuación de velocidad para una reacción de primer orden con respecto a un reactivo A.

Cuando trazamos un gráfico entre la velocidad de una reacción de primer orden y la concentración, obtenemos una línea recta que se origina en el origen. Como podemos ver, a medida que aumentamos la concentración, la velocidad de reacción también aumenta. Esto demuestra que la velocidad de una reacción de primer orden es directamente proporcional a la concentración del reactivo.

Derivemos las unidades para la constante de velocidad de una reacción de primer orden. Comenzaremos con la ecuación de velocidad para una reacción de primer orden. La unidad de tasa es molL⁻¹s⁻¹. La concentración del Reactivo A tiene unidades de molL⁻¹. Ahora sustituya las unidades de velocidad y concentración en la ecuación de velocidad.

Después de sustituir los valores, aislaremos 'k' dividiendo ambos lados de la ecuación por las unidades de concentración. Esto se debe a que queremos tomar k en un lado de la ecuación y unidades en el otro lado de la ecuación. Finalmente, simplifique las unidades cancelando molL⁻¹. Ahora, las unidades de la constante de velocidad para una reacción de primer orden son segundos recíprocos.

En una reacción de segundo orden de dos reactivos diferentes, la velocidad de la reacción es directamente proporcional al producto de las concentraciones. En una reacción de segundo orden de un solo reactivo, la velocidad de la reacción es directamente proporcional al cuadrado de la concentración. Aquí se muestran las ecuaciones de velocidad para reacciones de segundo orden que involucran un reactivo simple y reactivos dobles. Si las concentraciones de ambos reactivos 'A' y 'B' se duplican en una reacción de segundo orden con dos reactivos, la velocidad de la reacción aumentará en un factor de cuatro. Alternativamente, en una reacción de segundo orden con un solo reactivo, si se duplica la concentración de 'A', la velocidad aumentará en un factor de cuatro.

Grafiquemos una reacción de segundo orden que involucra un solo reactivo. La concentración se toma en el eje x. La tasa se representa gráficamente en el eje y. Podemos ver que la gráfica de la reacción de segundo orden muestra una línea curva. Esta línea curva muestra que la velocidad de reacción es proporcional al cuadrado de la concentración del reactivo. Por ejemplo, si incrementamos la concentración de los reactivos al doble, la velocidad de reacción aumentará cuatro veces.

Ahora derivaremos las unidades de la constante de velocidad para una reacción de segundo orden. Sustituiremos las unidades de velocidad y la concentración en la ecuación de velocidad de segundo orden. Después de eso, aísle 'k' dividiendo ambos lados de la ecuación por el cuadrado de las unidades de concentración. Ahora simplificaremos la ecuación cancelando unidades comunes como molL⁻¹. Ahora las unidades de la constante de velocidad para una reacción de segundo orden son L mol⁻¹s⁻¹.

El orden general de reacción se determina sumando los órdenes de reacción individuales con respecto a cada reactivo. Tomemos un ejemplo de una reacción en la que el reactivo A es un reactivo de orden cero. Significa que el orden del reactivo A es cero. El reactivo B es un reactivo de primer orden. El orden del reactivo B es uno. Entonces al sumar ambos valores obtenemos un valor de 1. Esto demuestra que se trata de una reacción de primer orden. Si la suma del orden de los reactivos es 2, entonces es una reacción de segundo orden.

La velocidad instantánea de una reacción química se refiere a la tasa de cambio de los reactivos o productos en un momento específico durante el curso de la reacción. La velocidad instantánea se puede medir en cualquier momento durante la progresión de una reacción. La velocidad instantánea nos permite comprender el comportamiento de la reacción en diferentes puntos del tiempo.

La velocidad inicial de una reacción química se refiere a la velocidad a la que se forman los productos o se consumen los reactivos al comienzo de la reacción. La velocidad inicial de una reacción química se mide determinando el cambio en la concentración de reactivos o productos durante un intervalo de tiempo muy corto. Esta medida normalmente se toma al inicio de la reacción cuando el tiempo es casi 0.

La velocidad promedio de una reacción química se refiere a la velocidad general de la reacción durante un período de tiempo específico. Para calcular la velocidad promedio, medimos la concentración de reacciones en dos momentos diferentes. Después de eso medimos el cambio en la concentración y el intervalo de tiempo. Luego dividimos el cambio en la concentración por el intervalo de tiempo. La tasa promedio proporciona una visión más amplia de cómo progresa la reacción a lo largo del tiempo.

La vida media de una reacción química es el tiempo que tarda la mitad de los reactivos en convertirse en productos. Por ejemplo, si la vida media de una reacción es de diez segundos, significa que la concentración de un reactivo tardará diez segundos en reducirse a la mitad de su valor inicial. La vida media de una reacción está representada por t(1/2).