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Efecto de la concentración sobre la velocidad
A medida que existe una variación en la concentración de los reactivos, a temperatura constante, el Efecto de la concentración sobre la velocidad de reacción hace que la velocidad sufra un cambio.
En la entrada anterior habíamos dicho que:
Además, habíamos agregado que esta velocidad debia determinarse de manera experimental.
De modo que, para una reacción del tipo
La ley de la velocidad tendría, generalmente; la siguiente forma
De donde A y B son las concentraciones de los reactivos y k es la constante de velocidad.
Las potencias x e y representan el orden parcial respecto a cada concentración del reactivo.
La suma de ambas x + y expresan el orden total de la reacción.
Es importante recordar que los valores de x e y (el orden) no tienen nada que ver con el coeficiente estequiometrico de la reacción química balanceada. Aunque puede que estos coincidan en un determinado momento.
También debemos decir que no hay forma de predecir el orden de la ecuación química sin que se haya hecho por medios experimentales.
Aspectos importantes sobre la constante de velocidad específica (k)
- Una vez que se conocen los valores de x e y, mediante los métodos experimentales; los datos obtenidos se usan para encontrar el valor de k.
- El valor obtenido corresponde a una reacción en particular.
- Las unidades de k dependen del orden total de la reacción.
- El resultado obtenido no cambia la concentración de los reactivos o productos ni tampoco cambia con el tiempo.
- k se mantiene constante a una temperatura constante para una determinada reacción y si la temperatura cambia el valor de k también lo hace.
- Es posible que k dependa de la presencia de un catalizador.
Interpretación de la ley de la velocidad en el estudio del efecto de la concentración sobre la velocidad
Lo que haremos a continuación será explicar los cambios que ocurren en determinados escenarios durante la reacción.
Para ello tomaremos una reacción hipotética
Para la cual se determinó que la ley de velocidad es
¿Qué pasa con la velocidad de reacción cuando se efectúan los los siguientes cambios de concentración?
- Se duplica la concentración de A sin alterar la concentración de B
Como podemos ver en la ecuación química, la concentración de A es directamente proporcional a la velocidad elevada al cubo.
De modo que la velocidad de reacción sufre un incremento en su velocidad en un factor
Por lo que su valor será ocho veces mayor al inicial.
- Se triplica la concentración de B sin alterar la concentración de A
Similar al caso anterior.
Hecha la variación notamos que la concentración de B es directamente proporcional a la velocidad de la reacción elevada al cuadrado.
Por lo que, la velocidad de reacción sufrirá un incremento en su velocidad en un factor
En ese sentido, el valor de la velocidad sera nueve veces mayor al inicial.
Ahora agreguemos un tercer elemento y alteremos un poco su concentración para notar el Efecto de la concentración sobre la velocidad cuando existen elementos que son independientes a la velocidad de la reacción pero que están dentro de la ecuación química.
Consideremos la siguiente ecuación química
Para la siguiente reacción química la ley de velocidad resulto ser la misma
y se plantea lo siguiente:
- Las concentraciones de A y B se mantienen iguales pero la concentración de G se duplica
La velocidad de reacción es independiente de G lo que nos dice que sin importar cuanto pueda ser la variación en la concentración de G la ley de la velocidad seguirá siendo la misma.
En otras palabras, el cambio no genera ningún efecto en la velocidad de reacción.
¿Qué pasaría si todos los cambios se produjeran al mismo tiempo?
Pues ocurrirían los mismos cambios ya descritos pero de manera simultánea y el valor de la velocidad de reacción será el producto de los incrementos efectuados.
Es decir, la velocidad de reacción se incrementa en un los siguientes factores
Como verán en esta expresión no fue incluida la concentración de G por que no interviene en la ley de velocidad.
Método de la velocidad inicial
El método de la velocidad inicial se emplea para deducir la ley de la velocidad a partir de los datos experimentales iniciales.
Regularmente se conoce la concentración de todos los reactivos al comienzo de la reacción.
Con la información suministrada podemos determinar la velocidad inicial de la reacción correspondientes a las concentraciones iniciales.
Vamos a valernos de un problema para ilustrarlo mejor.
- Para la siguiente reacción a 400 °C:
CO (g) + NO2 (g) → CO2 (g) + NO (g)
Se obtuvieron los siguientes datos experimentales:
| Experimento | [CO] (M) | [NO2] (M) | Velocidad Inicial (M / s) |
|
1 |
0,1 | 0,1 | 0,005 |
|
2 |
0,2 | 0,1 |
0,010 |
| 3 | 0,2 | 0,2 |
0,020 |
- a) ¿Cuál es la ecuación de velocidad para la reacción?
- b) ¿Cuál es el valor de la constante de velocidad para la reacción?
- c) Determinar la velocidad de la reacción cuando la concentración de CO es 0,3 M y la concentración de NO2 es 0,06 M.
Solución
a) La ecuación de velocidad para la reacción en estudio se expresa de la siguiente manera
VR = K [CO]n[NO2]m
Ahora, para determinar los valores de n y m se aplica el método de las velocidades iniciales.
Por lo tanto, se utilizan inicialmente los datos obtenidos en los experimentos 1 y 2, y se sustituyen en la ecuación de velocidad de la reacción.
Ahora, se utilizan los datos obtenidos en los experimentos 1 y 3, y se sustituyen en la ecuación de velocidad de la reacción.
VR expe 1 = K [0,1]1[0,1]m = 0,005
VR expe 3 = K [0,2]1[0,2]m = 0,020
La ecuación de la ley de velocidad para la reacción, es:
VR = K [CO] [NO2]
b) La constante de velocidad para la reacción se calcula despojándola de la ecuación de la ley de velocidad.
A continuación dejamos otros para que sea desarrollado por usted y de ese modo afirme los conocimientos expresados en este articulo sobre el Efecto de la concentración sobre la velocidad.
Problema
3.- Los datos de velocidad de la siguiente reacción se obtuvieron a -23 °C
F2 (g) + 2 ClO2 (g) → 2 FC1O2 (g)
| Experimento | [F2](M) | [C1O2] (M) | Velocidad Inicial (M / s) |
| 1 | 0,1 | 0,01 | 0,0024 |
| 2 | 0,1 | 0,02 | 0.0048 |
| 3 | 0,2 | 0,03 | 0,0144 |
- a) ¿Cuál es la ecuación de velocidad para la reacción?
- b) ¿Cuál es el valor de la constante de velocidad para la reacción?
En la próxima entrada sobre Efecto de la concentración sobre la velocidad iniciaremos dando la resolución sobre este problema.
Recomendamos continuar con el estudio del Efecto de la concentración sobre la velocidad por su cuenta y compartir con nosotros sus conclusiones a través de las distintas vías de contacto.
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