Constante de Taxa e Leis de Taxa

Lei da taxa e constante da taxa

Finja que está acampando. Você está com frio e úmido e deseja acender uma grande fogueira rapidamente para secar e aquecer. Você acende uma pequena chama, mas a melhor forma de acender um grande incêndio rapidamente? Você adiciona oxigênio a ele? Mais madeira? Fluido de isqueiro? Que reagente você pode adicionar para tornar a taxa de reação mais rápida?

A pergunta que você está realmente fazendo é: ‘Qual é o mecanismo de reação?’ Como exatamente funciona a reação que faz o fogo funcionar? Quais reagentes devem ser reunidos em quais concentrações para formar o produto final? Ao estudar reações químicas, a lei da taxa permite aos cientistas determinar fatores como esses.

Você aprendeu que a taxa de uma reação é afetada pela concentração dos reagentes. Você sabe que a taxa muda ao longo do tempo. Por exemplo, uma reação de A + B -> C tem uma taxa abaixo:

O símbolo delta acima significa ‘mudança para dentro’.

Não deve ser surpresa, depois de estudar química por um tempo, que haja uma lei para taxas. É a chamada lei de taxas. A lei da taxa é a relação entre a taxa de uma reação e a concentração dos reagentes. A equação para a lei de taxas é:

Taxa = k [ A ] ^ m

A é o reagente
k é uma constante chamada constante de taxa
m é a ordem da reação

Se m = 0, então a reacção é de ordem zero, e a taxa é independente da concentração de um .
Se m = 1, então a reacção é de primeira ordem, e a taxa é directamente proporcional à concentração de um .
Se m = 2, então a reacção é de segunda ordem, e a taxa é proporcional ao quadrado da concentração de um .

A equação para determinar a lei da taxa

Ordem de reação para um reagente

Agora você deve estar se perguntando o que determina a ordem de uma reação. A ordem de uma reação é determinada por dados coletados durante a experimentação. Não há como determinar a ordem apenas olhando para uma equação de reação. Deve ser determinado por experimento.

Depois de ter os dados experimentais, você pode determinar k comparando a concentração de A e a taxa da reação. Se a concentração de A aumenta, mas a taxa continua a ser o mesmo, é uma reacção de ordem zero, porque a velocidade da reacção é independente da concentração de um . Se a concentração de A e a taxa aumentam na mesma taxa, então a ordem das reações é uma, porque são diretamente proporcionais. Se a taxa quadruplicar para cada duplicação de A , então a ordem da reação é dois porque a taxa é proporcional ao quadrado da concentração.

Deixe-me mostrar uma tabela para tentar deixar isso mais claro. A tabela abaixo mostra uma ordem de reação de zero. Observe como a taxa da reação não muda mesmo quando a concentração aumenta.

Concentração de A	Taxa de reação
0,1	0,15
0,2	0,15
0,4	0,15

A próxima tabela mostra uma ordem de reação de um. Observe como a taxa de reação aumenta na mesma taxa que a concentração aumenta.

Concentração de A	Taxa de reação
0,1	0,15
0,2	0,30
0,4	0,60

A próxima tabela abaixo mostra uma ordem de reação de dois. A taxa da reação quadruplica para cada duplicação da concentração.

Concentração de A	Taxa de reação
0,1	0,15
0,2	0,60
0,4	2,40

Ordem de reação para dois reagentes

A ordem das reações também pode ser determinada para reações com dois reagentes. Para a reação A + B -> C + D , a equação da taxa é:

Taxa = k [ A ] ^ m [ B ] ^ n

…, onde m é a ordem da taxa Um e n é a ordem taxa de B . A ordem da taxa da reação geral é m + n .

A taxa de reação para dois reagentes é calculada usando esta equação.

Vamos tentar um problema que lida com a lei de taxas.

A tabela abaixo mostra os dados experimentais para a reação fingida A + B -> C + D :

Concentração de A	Concentração de B	Taxa de reação
0,1	0,1	0,0021
0,2	0,1	0,0082
0,2	0,2	0,0083
0,4	0,1	0,0033

A taxa da reação foi determinada experimentalmente, então os números são ligeiramente diferentes. Embora isso mude ligeiramente sua resposta final, não a mudará significativamente.

Exemplo

Aqui está um exemplo de um problema quando você usaria a constante de taxa e a lei de taxa.

Como você usa a lei de taxa para encontrar a constante de taxa para a reação?

A primeira coisa a fazer é observar a concentração de A e a taxa de reação. Você pode ver na tabela acima que à medida que a concentração de A dobra, a taxa quadruplica. Isso sugere que A é uma reação de segunda ordem. Agora, olhe para B . Como a concentração de B dobra, enquanto a concentração de A permanece a mesma, a taxa de reação permanece essencialmente a mesma. Isso sugere que B é uma reação de ordem zero.

Para determinar a constante de taxa, resolva a lei da taxa de k para um dos conjuntos de dados da tabela. O k mudará dependendo de qual conjunto de dados você usa, porque a lei da taxa depende das concentrações de reagentes e eles eram diferentes para cada conjunto de dados. Vamos usar o terceiro conjunto de dados:

Taxa = k [ A ] ^ 2 [ B ] ^ 0

Como [ B ] está na potência zero e é uma ordem zero, pode ser descartado porque a taxa não depende disso. Portanto, a equação se simplifica para:

Taxa = k [ A ] ^ 2
k = taxa / [ A ] ^ 2
k = 0,0082 / (0,2) ^ 2
k = 0,205

Resumo da lição

A lei da taxa é a relação entre a taxa de uma reação e a concentração dos reagentes. A equação para a lei de taxas é:

Taxa = k [ A ] ^ m

A é o reagente
k é uma constante chamada constante de taxa
m é a ordem da reação

A ordem de uma reação é determinada por dados coletados durante a experimentação.

Resultados de Aprendizagem

Depois de terminar esta lição, você será capaz de:

Discuta a lei da taxa e a constante da taxa
Escreva a equação para a lei da taxa
Indique como a ordem de uma reação é determinada
Compreenda zero, primeira e segunda ordem
Resolva a constante de taxa ao receber uma tabela de dados