Lei de velocidade

Core idea

Overview

A lei de velocidade relaciona matematicamente a velocidade de uma reação química às concentrações molares de seus reagentes. Ela utiliza uma constante de proporcionalidade chamada constante de velocidade, k, e ordens de reagentes, m e n, que indicam quão sensível é a velocidade às mudanças na concentração de cada substância.

When to use: Aplique esta equação quando precisar calcular a velocidade instantânea de uma reação ou determinar a ordem da reação a partir de dados cinéticos experimentais. É válida sob condições em que a temperatura é mantida constante, pois a constante de velocidade k é dependente da temperatura.

Why it matters: Esta fórmula é fundamental para projetar reatores químicos seguros e prever a vida útil de produtos farmacêuticos. Ao identificar a ordem da reação, os químicos podem deduzir o mecanismo molecular e a sequência de etapas que ocorrem no nível atômico.

Symbols

Variables

k = Rate Constant, [A] = Concentration of A, [B] = Concentration of B, m = Order wrt A, n = Order wrt B

k

Rate Constant

units

[A]

Concentration of A

m o l / d m^{3}

[B]

Concentration of B

m o l / d m^{3}

m

Order wrt A

Variable

n

Order wrt B

Variable

rate

Rate

m o l / d m^{3} / s

Walkthrough

Derivation

Fórmula: Lei de Velocidade

Relaciona a velocidade da reação às concentrações dos reagentes (ou pressões parciais) usando ordens determinadas experimentalmente e uma constante de velocidade dependente da temperatura.

As ordens de reação são determinadas experimentalmente (por exemplo, taxas iniciais), não pela estequiometria geral.
A temperatura é constante durante a medição da constante de velocidade k.

1

Declare a Forma Geral:

A velocidade depende das concentrações dos reagentes elevadas às suas ordens m e n; a ordem geral é m+n.

Rate = k [A]^{m} [B]^{n}

2

Interprete a Constante de Velocidade:

k é uma constante para uma determinada reação a uma determinada temperatura (ela muda com a temperatura).

k

Result

k

Source: AQA A-Level Chemistry — Kinetics

Free formulas

Rearrangements

Solve for $k$

Isolar k

k = \frac{r a t e}{[ A ] ^{m} [ B ] ^{n}}

Para tornar a taxa constante (k) o assunto da equação da lei da taxa, divida ambos os lados pelos termos de concentração [A]^m[B]^n.

Difficulty: 2/5

Solve for [A]

Isolar [A]

[A] = (\frac{r a t e}{k [ B ] ^{n}})^{\frac{1}{m}}

Comece pela lei da taxa, taxa = k[A]^m[B]^n. Para fazer de [A] o sujeito, primeiro divida ambos os lados por k[B]^n, depois aumente ambos os lados à potência de 1/m.

Difficulty: 2/5

Solve for [B]

Isolar [B]

[B] = (\frac{r a t e}{k [ A ] ^{m}})^{\frac{1}{n}}

Para tornar [B] o sujeito da equação da lei de taxas, primeiro isole [B]^n dividindo por k[A]^m e, em seguida, eleve ambos os lados à potência de $\frac{1}{n}$ .

Difficulty: 2/5

Solve for $m$

Isolar m

m = \frac{ln ( \frac{r a t e}{k [ B ] ^{n}} )}{ln [ A ]}

Comece com a equação da lei da taxa. Isole o termo que contém o expoente $m$ dividindo ambos os lados por $k [B]^{n}$ . Pegue o logaritmo natural de ambos os lados para mover $m$ do expoente para um multiplicador.

Difficulty: 2/5

Solve for $n$

Isolar n

n = \frac{ln ( \frac{r a t e}{k [ A ] ^{m}} )}{ln [ B ]}

Comece pela lei de taxas. Para tornar n o sujeito, isole o termo de potência, pegue os logaritmos naturais e divida por ln[B].

Difficulty: 2/5

The static page shows the finished rearrangements. The app keeps the full worked algebra walkthrough.

Visual intuition

Graph

O gráfico segue uma curva de lei de potência onde a taxa aumenta juntamente com a concentração de A, curvando-se para cima se o expoente m for maior que um ou para baixo se estiver entre zero e um. Para um estudante de química, esta forma ilustra que em baixas concentrações a reação prossegue lentamente, enquanto concentrações mais altas aceleram significativamente a taxa de formação do produto, dependendo da ordem da reação. A característica mais importante desta curva é a inclinação da reta, que revela o quão sensível a taxa de reação global é a mudanças na quantidade de reagente A presente no sistema.

Graph type: power_law

Why it behaves this way

Intuition

A lei da velocidade descreve a velocidade da reação como um resultado estatístico de colisões moleculares, onde a frequência de colisões efetivas é proporcional às concentrações dos reagentes, com suas influências individuais ponderadas

Term

A velocidade instantânea na qual os reagentes são convertidos em produtos ou vice-versa.

A rapidez com que a reação está progredindo em um momento específico; uma taxa mais alta significa que a reação termina mais rapidamente.

Term

A constante de velocidade, um fator de proporcionalidade único para uma dada reação a uma temperatura específica, refletindo sua velocidade intrínseca.

Um 'k' mais alto significa que a reação é inerentemente mais rápida, mesmo com as mesmas concentrações de reagentes, devido a fatores como menor energia de ativação ou colisões efetivas mais frequentes.

Term

Concentração molar do reagente A, representando a quantidade de substância por unidade de volume.

Quanto mais concentrado um reagente, maior a probabilidade de suas moléculas colidirem e reagirem, geralmente levando a uma velocidade mais rápida.

Term

Concentração molar do reagente B, representando a quantidade de substância por unidade de volume.

Quanto mais concentrado um reagente, mais provável que suas moléculas colidam e reajam, geralmente levando a uma taxa mais rápida.

Term

A ordem de reação em relação ao reagente A, um expoente determinado experimentalmente que indica como a taxa depende da concentração desse reagente.

Se m=1, dobrar [A] duplica a taxa. Se m=2, dobrar [A] quadruplica a taxa. Se m=0, alterar [A] não tem efeito na taxa.

Term

A ordem de reação em relação ao reagente B, um expoente determinado experimentalmente que indica como a taxa depende da concentração desse reagente.

Se n=1, dobrar [B] duplica a taxa. Se n=2, dobrar [B] quadruplica a taxa. Se n=0, alterar [B] não tem efeito na taxa.

Signs and relationships

^m: O expoente 'm' (ordem de reação) quantifica a sensibilidade não linear da taxa de reação às mudanças na concentração do reagente A, determinado empiricamente e refletindo a molecularidade da etapa determinante da taxa.
^n: O expoente 'n' (ordem de reação) quantifica a sensibilidade não linear da taxa de reação às mudanças na concentração do reagente B, determinado empiricamente e refletindo a molecularidade da etapa determinante da taxa.

Free study cues

Insight

Canonical usage

The reaction rate is typically expressed in molarity per second (mol L-1 s-1), with reactant concentrations in molarity (mol L-1), and the rate constant 'k' having units that ensure dimensional consistency based on the overall reaction order.

One free problem

Practice Problem

Uma reação tem a lei de velocidade: rate = k[A][B]^2. A constante de velocidade k = 0.015 dm^6 mol^-2 s^-1. Se [A] = 0.3 mol/dm^3 e [B] = 0.2 mol/dm^3, calcule a velocidade da reação.

Hint: rate = k[A]^m[B]^n. Eleve [B] ao quadrado primeiro, depois multiplique todos os termos.

The full worked solution stays in the interactive walkthrough.

Where it shows up

Real-World Context

Ao prever how doubling reactant concentration affects rate, Rate law é utilizado para calcular Rate from Rate Constant, Concentration of A, and Concentration of B. O resultado importa porque ajuda a conectar as quantidades medidas ao rendimento da reação, concentração, variação de energia, taxa ou equilíbrio.

Study smarter

Tips

Os expoentes m e n devem ser determinados experimentalmente; eles não são necessariamente os coeficientes da equação balanceada.
As unidades de k mudam dependendo da ordem geral (m + n) para garantir que a velocidade esteja sempre em M/s.
Reagentes com ordem zero não afetam a velocidade, independentemente de quanto suas concentrações mudam.

Avoid these traps

Common Mistakes

Usar coeficientes estequiométricos como ordens.
Esquecer que as unidades de k dependem da ordem.

Keep going

Related Formulas

Common questions

Frequently Asked Questions

Relaciona a velocidade da reação às concentrações dos reagentes (ou pressões parciais) usando ordens determinadas experimentalmente e uma constante de velocidade dependente da temperatura.

Aplique esta equação quando precisar calcular a velocidade instantânea de uma reação ou determinar a ordem da reação a partir de dados cinéticos experimentais. É válida sob condições em que a temperatura é mantida constante, pois a constante de velocidade k é dependente da temperatura.

Esta fórmula é fundamental para projetar reatores químicos seguros e prever a vida útil de produtos farmacêuticos. Ao identificar a ordem da reação, os químicos podem deduzir o mecanismo molecular e a sequência de etapas que ocorrem no nível atômico.

Usar coeficientes estequiométricos como ordens. Esquecer que as unidades de k dependem da ordem.

Ao prever how doubling reactant concentration affects rate, Rate law é utilizado para calcular Rate from Rate Constant, Concentration of A, and Concentration of B. O resultado importa porque ajuda a conectar as quantidades medidas ao rendimento da reação, concentração, variação de energia, taxa ou equilíbrio.

Os expoentes m e n devem ser determinados experimentalmente; eles não são necessariamente os coeficientes da equação balanceada. As unidades de k mudam dependendo da ordem geral (m + n) para garantir que a velocidade esteja sempre em M/s. Reagentes com ordem zero não afetam a velocidade, independentemente de quanto suas concentrações mudam.

References

Sources

Atkins' Physical Chemistry
Wikipedia: Rate law
Atkins' Physical Chemistry, 11th Edition
IUPAC Gold Book (Reaction rate, Rate constant, Order of reaction)
Bird, Stewart, Lightfoot - Transport Phenomena, 2nd Edition
Atkins' Physical Chemistry, 11th Edition, Peter Atkins, Julio de Paula, James Keeler
IUPAC Gold Book (Compendium of Chemical Terminology)
Wikipedia: Rate equation

Overview

Variables

Derivation

Declare a Forma Geral:

Interprete a Constante de Velocidade:

Rearrangements

Graph

Intuition

Insight

Practice Problem

Real-World Context

Tips

Common Mistakes

Related Formulas

Arrhenius equation

Frequently Asked Questions

Sources