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Lecciones de química
Curso: Lecciones de química > Unidad 17
Lección 2: Relación entre las concentraciones y el tiempo de reacción- Reacciones de primer orden
- Reacción de primer orden (con cálculo)
- Graficar los datos para una reacción de primer orden
- Vida media de una reacción de primer orden
- Vida media y datación con carbono
- Ejemplo resuelto: usar la ley de velocidad integrada de primer orden y ecuaciones de vida media
- Reacciones de segundo orden
- Reacción de segundo orden (con cálculo)
- Vida media de una reacción de segundo orden
- Reacciones de orden cero
- Reacción de orden cero (con cálculo)
- Cinética del decaimiento radiactivo
- Respuesta libre 5 de Química AP 2015
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Reacciones de orden cero
La ley de velocidad de reacción integrada para una reacción de orden cero A → productos es [A]_t = -kt + [A]_0. Ya que esta ecuación tiene la forma y = mx + b, una gráfica de la concentración de A en función del tiempo produce una línea recta. La constante de velocidad para la reacción puede ser determinada por la pendiente de la recta, la cual es igual a -k. Creado por Jay.
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Transcripción del video
Digamos que tenemos una reacción hipotética
donde el reactante A se transforma en productos, y también digamos que es una reacción de orden
0 con respecto a A. Si la reacción es de orden 0 con respecto a A, entonces podemos escribir
que la velocidad de la reacción es igual a la constante de velocidad k por la concentración de A
elevada a la potencia 0. Como todo número elevado a la potencia 0 es 1, entonces la velocidad de
la reacción será igual sólo a la constante de velocidad k. Por otra parte también podemos
escribir la velocidad de la reacción como el negativo de la diferencia en la concentración de
A entre la diferencia en el tiempo. Al igualar estas dos expresiones y después de hacer algunas
operaciones incluyendo el concepto de integración, llegaremos a la ley de velocidad integrada para
una reacción de orden 0 que nos dice que la concentración de A en un tiempo t es igual
a menos la constante de velocidad k por t, más la concentración inicial de A. Observa que
la ley de velocidad integrada tiene la forma y = mx + b, que es la ecuación de una recta,
por lo tanto, si queremos graficar tenemos que poner la concentración de A en el eje y, y el
tiempo en el eje x. Vamos a etiquetar los ejes: en el eje y tenemos la concentración de A y
tenemos a t en el eje x, y la gráfica de la ley de velocidad integrada de orden 0 nos dará una
recta cuya pendiente será igual al negativo de la constante de velocidad k. Entonces, la pendiente
es igual a -k, y el lugar donde la recta interseca al eje y toma el valor de la concentración inicial
de A. Ahora bien, es importante mencionar que todo lo que hemos construido hasta ahora supone que
hay un coeficiente 1 en la concentración de A, sin embargo, si el coeficiente de la concentración de
A fuera 2 en nuestra ecuación balanceada, entonces necesitaríamos un coeficiente estequiométrico de
½, lo que cambiaría los cálculos, y por lo tanto en lugar de tener por acá -kt tendríamos -2kt
después de integrar. Lo que significa que la pendiente de la recta al graficar la concentración
de A con respecto al tiempo, sería igual a -2k. Es importante mencionar que la mayoría de los libros
de texto suponen que el coeficiente de A es 1, lo que nos daría una pendiente igual a -k. Sin
embargo, si el coeficiente de A es 2, entonces, técnicamente, la pendiente de la recta debe de ser
igual a -2k. Bien para ejemplificar una reacción de orden 0, pensemos en la descomposición del
amoniaco en una superficie de platino caliente que forman nitrógeno e hidrógeno en estado
gaseoso. En nuestro diagrama podemos ver 4 moléculas de amoniaco en la superficie de nuestro
catalizador de platino y luego tenemos otros 4 que están por encima de la superficie del catalizador.
Sólo las moléculas de amoniaco que estén sobre la superficie del catalizador podrán reaccionar y
formar nitrógeno e hidrógeno. Por otra parte, las moléculas de amoniaco que estén por arriba de
la superficie del catalizador no podrán reaccionar e incluso, si agregamos las moléculas de amoniaco,
es más vamos a agregarlas, estas moléculas tampoco podrían reaccionar y, por lo tanto, la velocidad
de la reacción no cambiará a medida que aumentamos la concentración de amoniaco. Entonces podemos
escribir que la velocidad de la reacción es igual a la constante de velocidad k por la concentración
del amoniaco, pero, dado que aumentar la concentración de amoniaco no afecta la velocidad,
entonces tenemos esto elevado a la potencia 0. Por ello, llegamos a que la velocidad de la reacción
sólo es igual a la constante de velocidad k. Normalmente, al aumentar la concentración de un
reactante aumenta la velocidad de la reacción, pero en esta reacción estamos limitados
al área de la superficie del catalizador; si el catalizador está cubierto con moléculas
de amoniaco, aumentar la concentración de estas moléculas no cambiará la velocidad de la reacción.
Y, por lo tanto, esta reacción, la descomposición del amoniaco en la superficie de platino caliente,
es un ejemplo de una reacción de orden 0.