2.7 : Lei da velocidade e ordem de reação

A taxa de uma reação é afetada pelas concentrações dos reagentes. Leis de velocidade (leis de velocidade diferenciais) ou equações de velocidade são expressões matemáticas que descrevem a relação entre a taxa de uma reação química e a concentração de seus reagentes.

Por exemplo, em uma reação genérica aA + bB ⟶ produtos, onde a e b são coeficientes estequiométricos, a lei de velocidade pode ser escrita como:

velocidade = k[A]^ᵐ[B]^ⁿ

[A] e [B] representam as concentrações molares dos reagentes, e k é a constante de velocidade, que é específica para uma dada reação a uma temperatura determinada.

Os expoentes m e n são as ordens de reação e geralmente são números inteiros positivos, embora possam ser frações, valores negativos ou zero.

A constante de velocidade k e as ordens de reação m e n são determinadas experimentalmente, observando como a taxa de uma reação muda à medida que as concentrações dos reagentes mudam. A constante de velocidade k é independente das concentrações dos reagentes, mas varia com a temperatura.

As ordens de reação em uma lei de velocidade descrevem a dependência matemática da velocidade nas concentrações dos reagentes. Referindo-se à lei de velocidade genérica (velocidade = k[A]m[B]n), a reação é de m-ésima ordem em relação a A e de n-ésima ordem em relação a B. Por exemplo, se m = 1 e n = 2, a reação é de primeira ordem em A e de segunda ordem em B. A ordem geral da reação é simplesmente a soma das ordens de cada reagente. Para o exemplo da lei de velocidade, a reação é de terceira ordem (1 + 2 = 3).

Uma abordagem experimental comum para a determinação das leis de velocidade é o método das velocidades iniciais. Este método envolve medir as velocidades de reação para vários ensaios experimentais realizados utilizando diferentes concentrações iniciais de reagentes. A comparação das velocidades medidas para esses ensaios permite determinar as ordens de reação e, subsequentemente, a constante de velocidade, que juntas são usadas para formular uma lei de velocidade.

As leis de velocidade podem apresentar ordens fracionárias para alguns reagentes, e ordens de reação negativas são às vezes observadas quando um aumento na concentração de um reagente causa uma diminuição na taxa de reação. É importante notar que as leis de velocidade são determinadas apenas por experimentos e não são previsíveis de forma confiável pela estequiometria da reação.

A ordem da reação determina a relação entre a taxa de reação e a concentração dos reagentes ou produtos.

• Em uma reação de ordem zero, a concentração dos reagentes não tem nenhum efeito sobre a velocidade da reação, que permanece constante durante todo o processo.
• Em uma reação de primeira ordem, a velocidade de reação é direta e linearmente proporcional à mudança na concentração do reagente. À medida que a concentração do reagente diminui, a velocidade de reação também diminui proporcionalmente.
• Em reações de segunda ordem ou ordem superior, a velocidade de reação é proporcional ao valor exponencial dos reagentes. Portanto, à medida que a reação avança e a concentração dos reagentes diminui, a velocidade de reação diminui exponencialmente.

Este texto foi adaptado doOpenstax, Chemistry 2e, Section 12.3: Rate Laws.