Calculadora de Ley de Velocidad

resolver rate = k[A]^m[B]^n para la velocidad de reacción, determine el orden de reacción a partir de datos experimentales de velocidad de concentración utilizando el método de velocidades iniciales o busque las unidades de la constante de velocidad k para cualquier orden general.

Ingrese la constante de velocidad, la concentración de cada reactivo y su orden en la ley de velocidad. rate = k[A]^m[B]^n.

Reactivos en la ley de velocidad

Tasa constant (k)

Concentración [UN] (M)

Pedido en UN (m)

Resultado

—

Introduzca valores para calcular.

k—

[UN]—

Pedido m—

[B]—

Pedido n—

Overall pedido—

6 min de lectura 3 pasos 7 términos 3 ejemplos 6 preguntas frecuentes rate = k[A]^m[B]^n

Una ley de velocidad conecta la rapidez con la que procede una reacción química con las concentraciones de sus reactivos.

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Paso a paso

Cómo usar esta calculadora

3 pasos

Elige la pestaña que coincida con tu pregunta

Usa Velocidad para encontrar la velocidad de reacción cuando ya conoces la constante de velocidad, la concentración de cada reactivo y su orden en la ley de velocidad. Usa Orden de Reacción cuando tengas datos experimentales — tres ensayos con distintas concentraciones iniciales y velocidades iniciales medidas — y quieras determinar el orden en cada reactivo más la constante de velocidad. Usa Unidades de k cuando solo necesites saber qué unidades lleva la constante de velocidad para un orden total de reacción dado.

Ingresa tus valores

En la pestaña Velocidad, ingresa k, [A] y el orden m; activa un segundo reactivo si la ley de velocidad también depende de [B]. En Orden de Reacción, completa las concentraciones y la velocidad inicial medida para los tres experimentos — la calculadora resuelve ambos órdenes y k juntos, así que las concentraciones no necesitan mantenerse constantes entre filas. En Unidades de k, elige un orden común con los chips de selección rápida o escribe cualquier valor, incluidos órdenes fraccionarios.

Lee el resultado y la ecuación sustituida

La tarjeta de resultado muestra el valor resuelto más la ecuación exacta usada, para que puedas verificar la aritmética. La línea de interpretación debajo traduce el número a lenguaje sencillo, y la cuadrícula de estadísticas desglosa cada valor intermedio — los órdenes individuales de los reactivos, el orden total y las unidades de k.

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Referencia

Fórmula y metodología

2 fórmulas

La ley de velocidad

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

k es la constante de velocidad, [A] y [B] son las concentraciones molares de los reactivos, y m y n son los órdenes de reacción con respecto a A y B (determinados experimentalmente, no a partir de la ecuación balanceada). El orden total de reacción es m + n. Esta forma asume una ley de velocidad con hasta dos reactivos dependientes de la concentración; un tercer reactivo simplemente agrega otro factor [C]^p.

Método de velocidades iniciales (forma log-lineal)

ln(rate) = ln(k) + m·ln([A]) + n·ln([B])

Tomar el logaritmo natural de la ley de velocidad la convierte en una ecuación lineal en las incógnitas ln(k), m y n. Con tres experimentos que varían [A] y [B] de forma independiente, esto da tres ecuaciones y tres incógnitas — resolubles exactamente, sin necesidad de mantener ninguna concentración constante entre ensayos.

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Glosario

Términos clave explicados

7 términos

Ley de velocidad Una ecuación, rate = k[A]^m[B]^n, que expresa cómo depende la velocidad de reacción de las concentraciones de los reactivos. Debe determinarse a partir de datos experimentales — no puede predecirse solo mirando la ecuación química balanceada (excepto para reacciones elementales).

Constante de velocidad (k) La constante de proporcionalidad que vincula las concentraciones de los reactivos con la velocidad de reacción a una temperatura dada. Su valor numérico y sus unidades dependen del orden total de reacción, y aumenta con la temperatura (ver la ecuación de Arrhenius).

Orden de reacción El exponente sobre la concentración de un reactivo en la ley de velocidad (m para [A], n para [B]). Los valores comunes son 0, 1 y 2, aunque ocurren órdenes fraccionarios e incluso negativos en mecanismos más complejos. El orden es una cantidad experimental, no teórica.

Velocidades iniciales (método de) Una técnica para determinar el orden de reacción: mide la velocidad de reacción inicial a varias concentraciones iniciales distintas, luego compara cómo cambia la velocidad al cambiar cada concentración. Comparar pares de experimentos (o resolver el sistema log-lineal con tres o más) aísla el orden de cada reactivo.

Orden total de reacción La suma de todos los órdenes individuales en la ley de velocidad (m + n + ...). Determina las unidades de la constante de velocidad k y qué tan rápido cae la velocidad de reacción a medida que se consumen los reactivos.

Molaridad por segundo (M/s) La unidad estándar para la velocidad de reacción — el cambio en la concentración molar (mol/L) por segundo. Las velocidades de reacción siempre son positivas por convención, aunque la concentración de un reactivo esté disminuyendo.

Reacción elemental Una reacción que ocurre en un solo paso mecanístico, exactamente como está escrita en la ecuación balanceada. Solo para reacciones elementales, los exponentes de la ley de velocidad son iguales a los coeficientes estequiométricos — para cualquier otra reacción (no elemental, de múltiples pasos), los órdenes deben medirse, no asumirse.

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Escenarios

Ejemplos del mundo real

3 ejemplos

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Problema de velocidad de libro de texto

Encontrar la velocidad a partir de k y [A]

Constante de velocidad (k) 0.0250 s⁻¹ Concentración [A] 0.500 M Orden en A (m) 1 (primer orden)

rate = k[A]¹ = 0.0250 × 0.500 = 0.0125 M/s. Como la reacción es de primer orden en total, k lleva unidades de s⁻¹, y duplicar [A] duplicaría exactamente la velocidad.

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Experimento de cinética de laboratorio

Determinar el orden a partir de tres ensayos

Experimento 1 [A]=0.10 M, [B]=0.10 M, rate=0.0050 M/s Experimento 2 [A]=0.20 M, [B]=0.10 M, rate=0.0100 M/s Experimento 3 [A]=0.10 M, [B]=0.20 M, rate=0.0200 M/s

Duplicar [A] (experimento 1 → 2) duplica la velocidad, así que el orden en A es 1. Duplicar [B] (experimento 1 → 3) cuadruplica la velocidad, así que el orden en B es 2. Orden total = 1 + 2 = 3, y al resolver para k se obtiene k = 5.00 L²·mol⁻²·s⁻¹, así que rate = 5.00[A][B]².

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Verificando unidades antes de un informe de laboratorio

Unidades de k según el orden total

Orden 0 k en M·s⁻¹ Orden 1 k en s⁻¹ Orden 2 k en M⁻¹·s⁻¹ Orden 3 k en M⁻²·s⁻¹

Cada vez que el orden total aumenta en 1, entra otro factor de M⁻¹ en las unidades de k — porque la velocidad siempre tiene unidades de M/s, y los términos de concentración deben cancelarse sin importar cuántas potencias de M tenga la ley de velocidad en el lado derecho.

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Referencia

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Análisis a fondo

Entendiendo la Ley de Velocidad

5 capítulos · 6 min de lectura

Una ley de velocidad conecta la rapidez con la que procede una reacción química con las concentraciones de sus reactivos. A diferencia de la ecuación química balanceada, que está fija por la conservación de masa, la ley de velocidad es un resultado experimental — hay que medirla, no derivarla en papel. Este artículo cubre qué te dice la ley de velocidad, cómo determinan los químicos el orden de reacción en el laboratorio, por qué las unidades de la constante de velocidad cambian con el orden, y dónde deja de funcionar el modelo simple de ley de potencia.

Qué te dice la ley de velocidad

La ley de velocidad rate = k[A]^m[B]^n empaqueta tres piezas de información separadas: la constante de velocidad k (qué tan rápido corre la reacción, todo lo demás igual, a una temperatura dada), y los órdenes m y n (qué tan sensible es la velocidad a la concentración de cada reactivo). Una reacción de segundo orden en un reactivo es mucho más sensible a que ese reactivo escasee que una reacción de orden cero, que apenas reacciona a los cambios de concentración. Conocer la ley de velocidad permite a los químicos predecir cómo se frena una reacción a medida que procede, diseñar un proceso para operar a una velocidad objetivo, o diagnosticar qué paso de un mecanismo de múltiples pasos limita la velocidad.

Determinar el orden experimentalmente (el método de velocidades iniciales)

Como la ley de velocidad no puede leerse directamente de la ecuación balanceada para la mayoría de las reacciones reales, los químicos miden la velocidad inicial — la velocidad justo al comienzo, antes de que se acumulen los productos y compliquen las cosas — en un puñado de experimentos que varían una o más concentraciones iniciales. Comparar dos experimentos cualesquiera donde solo cambió una concentración aísla el orden de ese reactivo: si duplicar [A] duplica la velocidad, el orden en A es 1; si la cuadruplica, el orden es 2; si la velocidad no cambia en absoluto, el orden es 0. La pestaña Orden de Reacción generaliza esto resolviendo el sistema log-lineal completo en tres experimentos simultáneamente, así que las concentraciones no tienen que mantenerse perfectamente constantes entre ensayos — cualquier tres experimentos que varíen de forma suficientemente independiente funcionarán.

Por qué las unidades de k cambian con el orden

La velocidad de reacción siempre se reporta en concentración por tiempo (típicamente M/s, es decir mol·L⁻¹·s⁻¹), sin importar la forma de la ley de velocidad. Como rate = k × [concentración]ⁿ para una reacción de orden total n, los términos de concentración del lado derecho deben combinarse con las unidades propias de k para dejar solo M/s. Eso obliga a que las unidades de k sean M^(1−n)·s⁻¹ — s⁻¹ para una reacción de primer orden (n=1, ya que M⁰ = 1), M⁻¹·s⁻¹ para segundo orden, y así sucesivamente. Esto también es una útil verificación de coherencia: si las unidades de una constante de velocidad calculada o consultada no coinciden con su orden declarado, algo está mal.

Reacciones elementales vs. totales (complejas)

Para una reacción elemental — la que ocurre en una sola colisión molecular, exactamente como está escrita — los exponentes de la ley de velocidad sí son iguales a los coeficientes estequiométricos, porque la velocidad realmente depende de con qué frecuencia colisionan las moléculas requeridas. Pero la mayoría de las reacciones que se estudian, incluido casi todo en un curso introductorio de química más allá de los ejemplos más simples, proceden a través de múltiples pasos elementales cuya ley de velocidad total refleja el paso más lento (determinante de la velocidad) más cualquier pre-equilibrio rápido. Por eso precisamente el orden debe medirse en lugar de asumirse: una reacción 2A + B → productos podría ser de primer orden en A, de segundo orden en A, o cualquier otra cosa, dependiendo de su mecanismo real.

Errores comunes

El error más común es asumir que el orden de reacción es igual al coeficiente estequiométrico de la ecuación balanceada — ese atajo solo se cumple para pasos genuinamente elementales. Otro es confundir la velocidad inicial (usada para determinar la ley de velocidad) con la velocidad instantánea en algún momento posterior, que sigue cambiando a medida que se consumen los reactivos. Finalmente, presta atención a las unidades al reportar k: una constante de velocidad reportada sin sus unidades (dependientes del orden) no está completamente especificada, y comparar constantes de velocidad numéricamente entre reacciones de distinto orden no tiene sentido a menos que también se conviertan las unidades.

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Preguntas

Preguntas frecuentes

6 preguntas

¿Cuál es la fórmula de la ley de velocidad?+

rate = k[A]^m[B]^n, donde k es la constante de velocidad, [A] y [B] son las concentraciones molares de los reactivos, y m y n son los órdenes de reacción respecto a cada reactivo (determinados experimentalmente). El orden total de reacción es m + n.

¿Cómo se encuentra el orden de reacción a partir de datos experimentales?+

Compara las velocidades entre experimentos donde las concentraciones se variaron deliberadamente. Si duplicar [A] manteniendo [B] constante duplica la velocidad, el orden en A es 1; si la cuadruplica, el orden es 2; si la velocidad no cambia, el orden es 0. De forma más general, tomar la razón (o el logaritmo) de velocidades y concentraciones entre dos experimentos y resolver aísla el orden — la pestaña Orden de Reacción hace esto en tres experimentos a la vez, sin requerir que ninguna concentración se mantenga perfectamente constante.

¿Qué es el orden total de reacción?+

La suma de todos los órdenes individuales en la ley de velocidad: para rate = k[A]^m[B]^n, el orden total es m + n. Es el exponente que determina las unidades de la constante de velocidad k.

¿Por qué las unidades de k dependen del orden de reacción?+

Porque la velocidad de reacción siempre se mide en concentración por tiempo (M/s), y rate = k × [concentración]^n para una reacción de orden n, k debe aportar las unidades que sobren una vez contabilizados los términos de concentración — concentración^(1−n) × tiempo⁻¹. Eso resulta en s⁻¹ para primer orden, M⁻¹·s⁻¹ para segundo orden, M⁻²·s⁻¹ para tercer orden, y M·s⁻¹ para orden cero.

¿Qué significa que una reacción sea de primer orden?+

Una reacción de primer orden tiene una velocidad directamente proporcional a la concentración de un solo reactivo: rate = k[A]. Duplicar [A] duplica la velocidad, y la constante de velocidad k tiene unidades de tiempo inverso (s⁻¹) sin dependencia de concentración en sus unidades.

¿Qué significa que una reacción sea de orden cero?+

Una reacción de orden cero tiene una velocidad independiente de la concentración de un reactivo: rate = k (el término de concentración de ese reactivo se convierte en [A]⁰ = 1, así que desaparece). Esto ocurre, por ejemplo, cuando una reacción está limitada por algo distinto de la concentración de reactivo, como una enzima o superficie catalítica que ya está saturada.

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