Calculadora de Lei de Taxas

Resolva a taxa = k[A]^m[B]^n para a taxa de reação, determine a ordem da reação a partir de dados experimentais de taxa de concentração usando o método das taxas iniciais ou procure as unidades da constante de taxa k para qualquer ordem geral.

Insira a constante de velocidade, a concentração de cada reagente e sua ordem na lei de velocidade. taxa = k[A]^m[B]^n.

Reagentes na lei de taxas

Taxa constante (k)

Concentração [UN] (M)

Pedido na ONU (m)

Resultado

—

Insira valores para calcular.

k—

[A]—

Encomende m—

[B]—

Pedido nº.—

ordem geral—

6 min de leitura 3 etapas 7 termos 3 exemplos 6 perguntas taxa = k[A]^m[B]^n

Uma lei de taxa conecta a rapidez com que uma reação química ocorre às concentrações de seus reagentes.

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Etapas

Como usar esta calculadora

3 etapas

Escolha a guia que corresponde à sua pergunta

Use Taxa para encontrar a taxa de reação quando você já conhece a constante de velocidade, a concentração de cada reagente e sua ordem na lei de velocidade. Use Ordem de reação quando tiver dados experimentais — três ensaios com diferentes concentrações iniciais e taxas iniciais medidas — e quiser determinar a ordem em cada reagente mais a constante de velocidade. Use Unidades de k quando precisar apenas saber quais unidades a constante de velocidade carrega para uma determinada ordem de reação geral.

Insira seus valores

Na guia Taxa, insira k, [A] e a ordem m; ative um segundo reagente se a lei de taxas também depender de [B]. Em Ordem de reação, preencha as concentrações e a taxa inicial medida para todos os três experimentos — a calculadora resolve ambas as ordens ek juntas, de modo que as concentrações não precisam ser mantidas constantes entre as linhas. Em Unidades de k, escolha um pedido comum com fichas de seleção rápida ou digite qualquer valor, incluindo pedidos fracionários.

Leia o resultado e a equação substituída

O cartão de resultados mostra o valor resolvido mais a equação exata usada, para que você possa verificar a aritmética. A linha de interpretação abaixo traduz o número em linguagem simples, e a grade estatística divide todos os valores intermediários – ordens de reagentes individuais, a ordem geral e as unidades de k.

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Referência

Fórmula e metodologia

2 fórmulas

A lei da taxa

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

k é a constante de velocidade, [A] e [B] são concentrações molares dos reagentes e m e n são as ordens de reação em relação a A e B (determinadas experimentalmente, não a partir da equação balanceada). A ordem geral da reação é m + n. Esta forma assume uma lei de taxas com até dois reagentes dependentes da concentração; um terceiro reagente simplesmente adiciona outro fator [C]^p.

Método de taxas iniciais (forma log-linear)

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

Tomar o logaritmo natural da lei de taxas o transforma em uma equação linear nas incógnitas ln(k), m e n. Com três experimentos que variam [A] e [B] independentemente, isso dá três equações e três incógnitas – solucionáveis exatamente, sem a necessidade de manter qualquer concentração constante entre os testes.

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Glossário

Principais termos explicados

7 termos

Lei de taxas Uma equação, taxa = k[A]^m[B]^n, que expressa como a taxa de reação depende das concentrações dos reagentes. Deve ser determinado a partir de dados experimentais – não pode ser previsto apenas observando a equação química balanceada (exceto para reações elementares).

Constante de taxa (k) A constante de proporcionalidade que liga as concentrações dos reagentes à taxa de reação em uma determinada temperatura. Seu valor numérico e suas unidades dependem da ordem geral da reação e aumenta com a temperatura (ver a equação de Arrhenius).

Ordem de reação O expoente da concentração de um reagente na lei de taxas (m para [A], n para [B]). Os valores comuns são 0, 1 e 2, embora ordens fracionárias e até negativas ocorram em mecanismos mais complexos. A ordem é uma quantidade experimental, não teórica.

Taxas iniciais (método de) Uma técnica para determinar a ordem da reação: medir a taxa de reação inicial em diversas concentrações iniciais diferentes e, em seguida, comparar como a taxa muda à medida que cada concentração muda. Comparar pares de experimentos (ou resolver o sistema log-linear em três ou mais) isola a ordem de cada reagente.

Ordem geral de reação A soma de todas as ordens individuais na lei de taxas (m + n + ...). Ele determina as unidades da constante de velocidade k e a rapidez com que a taxa de reação diminui à medida que os reagentes são consumidos.

Molaridade por segundo (M/s) A unidade padrão para taxa de reação — a mudança na concentração molar (mol/L) por segundo. As taxas de reação são sempre positivas por convenção, mesmo que a concentração de um reagente esteja diminuindo.

Reação elementar Uma reação que ocorre em uma única etapa mecanicista, exatamente como está escrita na equação balanceada. Apenas para reações elementares, os expoentes da lei da taxa são iguais aos coeficientes estequiométricos - para qualquer outra reação (não elementar, de múltiplas etapas), as ordens devem ser medidas, não assumidas.

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Situações comuns

Exemplos práticos

3 exemplos

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Problema de taxa de livro didático

Encontre a taxa de k e [A]

Constante de taxa (k) 0,0250 s⁻¹ Concentração [A] 0,500 milhões Ordem em A (m) 1 (primeiro pedido)

taxa = k[A]¹ = 0,0250 × 0,500 = 0,0125 M/s. Como a reação geral é de primeira ordem, k carrega unidades de s⁻¹, e duplicar [A] dobraria exatamente a taxa.

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Experimento de cinética de laboratório

Determine a ordem de três tentativas

Experiência 1 [A]=0,10 M, [B]=0,10 M, taxa=0,0050 M/s Experimento 2 [A]=0,20 M, [B]=0,10 M, taxa=0,0100 M/s Experimento 3 [A]=0,10 M, [B]=0,20 M, taxa=0,0200 M/s

Dobrar [A] (experimento 1 → 2) dobra a taxa, então a ordem em A é 1. Dobrar [B] (experimento 1 → 3) quadruplica a taxa, então a ordem em B é 2. Ordem geral = 1 + 2 = 3, e resolver para k dá k = 5,00 L²·mol⁻²·s⁻¹, então taxa = 5,00[A][B]².

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Verificando unidades antes de um relatório de laboratório

Unidades de k por ordem geral

Pedido 0 k em M·s⁻¹ Pedido 1 k em s⁻¹ Pedido 2 k em M⁻¹·s⁻¹ Pedido 3 k em M⁻²·s⁻¹

Cada vez que a ordem geral aumenta em 1, outro fator de M⁻¹ entra nas unidades de k - porque a taxa sempre tem unidades de M/s, e os termos de concentração devem cancelar quantas potências de M a lei da taxa tiver no lado direito.

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Referência

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Análise detalhada

Compreendendo a lei tarifária

5 capítulos · 6 min de leitura

Uma lei de taxa conecta a rapidez com que uma reação química ocorre às concentrações de seus reagentes. Ao contrário da equação química equilibrada, que é fixada pela conservação da massa, a lei da taxa é um resultado experimental – tem de ser medida e não derivada no papel. Este artigo aborda o que a lei da taxa diz, como os químicos determinam a ordem das reações no laboratório, por que as unidades da constante de taxa mudam com a ordem e onde o modelo simples da lei de potência falha.

O que a lei tarifária diz a você

A lei da taxa taxa = k[A]^m[B]^n agrupa três informações separadas: a constante de taxa k (quão rápido a reação ocorre, todo o resto igual, em uma determinada temperatura) e as ordens m e n (quão sensivelmente a taxa responde à concentração de cada reagente). Uma reação de segunda ordem em um reagente é muito mais sensível ao esgotamento do reagente do que uma reação de ordem zero, que quase não reage às mudanças de concentração. Conhecer a lei da taxa permite aos químicos prever como uma reação diminui à medida que avança, projetar um processo para ser executado em uma taxa alvo ou diagnosticar qual etapa de um mecanismo de múltiplas etapas é limitante da taxa.

Determinando a ordem experimentalmente (o método das taxas iniciais)

Como a lei da taxa não pode ser lida na equação balanceada para a maioria das reações reais, os químicos medem a taxa inicial - a taxa logo no início, antes que os produtos se acumulem e compliquem as coisas - através de um punhado de experimentos que variam uma ou mais concentrações iniciais. A comparação de quaisquer dois experimentos em que apenas uma concentração mudou isola a ordem desse reagente: se duplicar [A] dobra a taxa, a ordem em A é 1; se quadruplicar a taxa, a ordem será 2; se a taxa não mudar, a ordem é 0. A guia Ordem de reação generaliza isso resolvendo o sistema log-linear completo em três experimentos simultaneamente, para que as concentrações não precisem ser mantidas perfeitamente constantes entre os testes - quaisquer três experimentos que variem de forma independente o suficiente funcionarão.

Por que as unidades de k mudam com a ordem

A taxa de reação é sempre relatada em concentração por tempo (normalmente M/s, ou seja, mol·L⁻¹·s⁻¹), independentemente da forma da lei de taxa. Como taxa = k × [concentração]ⁿ para uma reação geral de ordem n, os termos de concentração à direita devem ser combinados com as próprias unidades de k para deixar apenas M/s. Isso força as unidades de k a serem M^(1−n)·s⁻¹ — s⁻¹ para uma reação de primeira ordem (n=1, já que M⁰ = 1), M⁻¹·s⁻¹ para segunda ordem, e assim por diante. Esta também é uma verificação de integridade útil: se as unidades de uma constante de taxa calculada ou pesquisada não corresponderem à ordem declarada, algo está errado.

Reações elementares vs. reações gerais (complexas)

Para uma reação elementar — que acontece em uma única colisão molecular, exatamente como está escrita — os expoentes da lei da taxa são iguais aos coeficientes estequiométricos, porque a taxa depende genuinamente da frequência com que as moléculas necessárias colidem entre si. Mas a maioria das reações que as pessoas estudam, incluindo quase tudo em um curso introdutório de química, além dos exemplos mais simples, prossegue através de múltiplas etapas elementares cuja lei de taxa geral reflete a etapa mais lenta (determinante da taxa) mais qualquer pré-equilíbrio rápido. É precisamente por isso que a ordem deve ser medida e não assumida: uma reação 2A + B → os produtos podem ser de primeira ordem em A, de segunda ordem em A, ou qualquer outra coisa, dependendo do seu mecanismo real.

Armadilhas comuns

O erro mais comum é assumir que a ordem da reação é igual ao coeficiente estequiométrico da equação balanceada – esse atalho só é válido para etapas genuinamente elementares. Outra é misturar a taxa inicial (usada para determinar a lei da taxa) com a taxa instantânea em algum momento posterior, que continua mudando à medida que os reagentes são consumidos. Por fim, observe as unidades com cuidado ao relatar k: uma constante de taxa relatada sem suas unidades (dependentes de ordem) não é totalmente especificada, e comparar numericamente constantes de taxa em reações de ordem diferente não é significativo, a menos que as unidades também sejam convertidas.

❓

Perguntas

Perguntas frequentes

6 perguntas

Qual é a fórmula da lei tarifária?+

taxa = k[A]^m[B]^n, onde k é a constante de velocidade, [A] e [B] são as concentrações molares dos reagentes e m e n são as ordens de reação em relação a cada reagente (determinado experimentalmente). A ordem geral da reação é m + n.

Como você encontra a ordem da reação nos dados experimentais?+

Compare as taxas entre experimentos onde as concentrações foram deliberadamente variadas. Se duplicar [A] enquanto mantém [B] constante dobra a taxa, a ordem em A é 1; se quadruplicar a taxa, a ordem será 2; se a taxa permanecer inalterada, a ordem é 0. De modo mais geral, tomar a razão (ou o log) de taxas e concentrações em dois experimentos e resolver isola a ordem - a guia Ordem de reação faz isso em três experimentos ao mesmo tempo, sem exigir que qualquer concentração seja mantida perfeitamente constante.

Qual é a ordem geral da reação?+

A soma de todas as ordens individuais na lei de taxas: para taxa = k[A]^m[B]^n, a ordem geral é m + n. É o expoente que determina as unidades da constante de taxa k.

Por que as unidades de k dependem da ordem da reação?+

Como a taxa de reação é sempre medida em concentração por tempo (M/s), e taxa = k × [concentração]^n para uma reação de ordem n, k deve fornecer quaisquer unidades que sobrarem, uma vez que os termos de concentração são considerados - concentração^(1−n) × tempo⁻¹. Isso resulta em s⁻¹ para primeira ordem, M⁻¹·s⁻¹ para segunda ordem, M⁻²·s⁻¹ para terceira ordem e M·s⁻¹ para ordem zero.

O que significa uma reação ser de primeira ordem?+

Uma reação de primeira ordem tem uma taxa diretamente proporcional à concentração de um único reagente: taxa = k[A]. Duplicar [A] duplica a taxa, e a constante de taxa k tem unidades de tempo inverso (s⁻¹) sem dependência de concentração em suas unidades.

O que significa uma reação ser de ordem zero?+

Uma reação de ordem zero tem uma taxa que é independente da concentração de um reagente: taxa = k (o termo de concentração desse reagente torna-se [A]⁰ = 1, então ele desaparece). Isso acontece, por exemplo, quando uma reação é limitada por algo diferente da concentração do reagente, como uma enzima ou superfície do catalisador que já está saturada.

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