Legge di velocità

Core idea

Overview

La legge di velocità mette in relazione matematicamente la velocità di una reazione chimica con le concentrazioni molari dei suoi reagenti. Utilizza una costante di proporzionalità chiamata costante di velocità, k, e gli ordini di reazione, m e n, che indicano quanto la velocità è sensibile alle variazioni della concentrazione di ciascuna sostanza.

When to use: Applica questa equazione quando devi calcolare la velocità istantanea di una reazione o determinare l'ordine di reazione dai dati cinetici sperimentali. È valida in condizioni in cui la temperatura è mantenuta costante, poiché la costante di velocità k dipende dalla temperatura.

Why it matters: Questa formula è fondamentale per progettare reattori chimici sicuri e prevedere la durata di conservazione dei prodotti farmaceutici. Identificando l'ordine di reazione, i chimici possono dedurre il meccanismo molecolare e la sequenza di passaggi che avvengono a livello atomico.

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

Formula: Legge di velocità

Collega la velocità di reazione alle concentrazioni dei reagenti (o pressioni parziali) utilizzando ordini determinati sperimentalmente e una costante di velocità dipendente dalla temperatura.

Gli ordini di reazione sono determinati sperimentalmente (ad esempio, velocità iniziali), non dalla stechiometria complessiva.
La temperatura è costante durante la misurazione della costante di velocità k.

1

Indicare la Forma Generale:

La velocità dipende dalle concentrazioni dei reagenti elevate ai loro ordini m e n; l'ordine complessivo è m+n.

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

2

Interpretare la Costante di Velocità:

k è una costante per una data reazione a una data temperatura (cambia con la temperatura).

k

Result

k

Source: AQA A-Level Chemistry — Kinetics

Free formulas

Rearrangements

Solve for $k$

Scegli k come soggetto

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

Per rendere la costante di velocità (k) oggetto dell'equazione della Legge di velocità, dividere entrambi i lati per i termini di concentrazione [A]^m[B]^n.

Difficulty: 2/5

Solve for [A]

Scegli [A] come soggetto

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

Partiamo dalla legge sulla velocità, velocità = k[A]^m[B]^n. Per fare in modo che il soggetto sia [A], dividi prima entrambi i lati per k[B]^n, quindi eleva entrambi i lati alla potenza di 1/m.

Difficulty: 2/5

Solve for [B]

Scegli [B] come soggetto

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

Per rendere [B] l'oggetto dell'equazione della legge tariffaria, isolare prima [B]^n dividendo per k[A]^m, quindi elevare entrambi i membri alla potenza di $\frac{1}{n}$ .

Difficulty: 2/5

Solve for $m$

Scegli l'argomento

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

Partiamo dall’equazione della legge tariffaria. Isola il termine contenente l'esponente $m$ dividendo entrambi i membri per $k [B]^{n}$ . Prendi il logaritmo naturale di entrambi i membri per spostare $m$ dall'esponente a un moltiplicatore.

Difficulty: 2/5

Solve for $n$

Scegli l'argomento

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

Partiamo dalla Legge tariffaria. Per creare n il soggetto, isolare il termine potenza, prendere i logaritmi naturali, quindi dividere per ln[B].

Difficulty: 2/5

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

Visual intuition

Graph

Il grafico segue una curva di legge di potenza, dove la velocità aumenta insieme alla concentrazione di A, curvando verso l'alto se l'esponente m è maggiore di uno o verso il basso se è compreso tra zero e uno. Per uno studente di chimica, questa forma illustra che a basse concentrazioni la reazione procede lentamente, mentre concentrazioni più elevate accelerano significativamente la velocità di formazione del prodotto a seconda dell'ordine di reazione. La caratteristica più importante di questa curva è la ripidità della pendenza, che rivela quanto sia sensibile la velocità di reazione complessiva alle variazioni della quantità di reagente A presente nel sistema.

Graph type: power_law

Why it behaves this way

Intuition

La legge cinetica descrive la velocità di reazione come un risultato statistico delle collisioni molecolari, dove la frequenza delle collisioni efficaci è proporzionale alle concentrazioni dei reagenti, con i loro singoli influssi ponderati

Term

La velocità istantanea con cui i reagenti si trasformano in prodotti, o viceversa.

Quanto rapidamente la reazione procede in un dato istante; una velocità maggiore significa che la reazione si completa più rapidamente.

Term

La costante di velocità, un fattore di proporzionalità caratteristico di una data reazione a una determinata temperatura, che ne riflette la rapidità intrinseca.

Un 'k' più alto significa che la reazione è intrinsecamente più veloce, anche con le stesse concentrazioni dei reagenti, a causa di fattori come una minore energia di attivazione o collisioni efficaci più frequenti.

Term

Concentrazione molare del reagente A, cioù quantità di sostanza per unità di volume.

Più un reagente è concentrato, più è probabile che le sue molecole collidano e reagiscano, portando generalmente a una velocità maggiore.

Term

Concentrazione molare del reagente B, cioù quantità di sostanza per unità di volume.

Più un reagente è concentrato, più è probabile che le sue molecole collidano e reagiscano, portando generalmente a una velocità maggiore.

Term

L'ordine di reazione rispetto al reagente A, un esponente determinato sperimentalmente che indica come la velocità dipende dalla concentrazione di quel reagente.

Se m=1, raddoppiare [A] raddoppia la velocità. Se m=2, raddoppiare [A] quadruplica la velocità. Se m=0, cambiare [A] non ha alcun effetto sulla velocità.

Term

L'ordine di reazione rispetto al reagente B, un esponente determinato sperimentalmente che indica come la velocità dipende dalla concentrazione di quel reagente.

Se n=1, raddoppiare [B] raddoppia la velocità. Se n=2, raddoppiare [B] quadruplica la velocità. Se n=0, cambiare [B] non ha alcun effetto sulla velocità.

Signs and relationships

^m: L'esponente 'm' (ordine di reazione) quantifica la sensibilità non lineare della velocità di reazione alle variazioni della concentrazione del reagente A; è determinato sperimentalmente e riflette la molecularità dello stadio determinante della velocità.
^n: L'esponente 'n' (ordine di reazione) quantifica la sensibilità non lineare della velocità di reazione alle variazioni della concentrazione del reagente B; è determinato sperimentalmente e riflette la molecularità dello stadio determinante della velocità.

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

Una reazione ha la legge di velocità: velocità = k[A][B]^2. La costante di velocità k = 0,015 dm^6 mol^-2 s^-1. Se [A] = 0,3 mol/dm^3 e [B] = 0,2 mol/dm^3, calcola la velocità della reazione.

Hint: velocità = k[A]^m[B]^n. Eleva [B] al quadrato prima, poi moltiplica tutti i termini.

The full worked solution stays in the interactive walkthrough.

Where it shows up

Real-World Context

Nel contesto di Prevedere come il raddoppio della concentrazione dei reagenti influenzi la velocità, Legge di velocità serve a trasformare le misure in un valore interpretabile. Il risultato è importante perché aiuta a collegare le quantità misurate a concentrazione, resa, variazione di energia, velocità di reazione o equilibrio.

Study smarter

Tips

Gli esponenti m e n devono essere determinati sperimentalmente; non sono necessariamente i coefficienti dall'equazione bilanciata.
Le unità di k cambiano a seconda dell'ordine complessivo (m + n) per garantire che la velocità sia sempre in M/s.
I reagenti con un ordine zero non influenzano la velocità, indipendentemente da quanto cambi la loro concentrazione.

Avoid these traps

Common Mistakes

Utilizzare i coefficienti stechiometrici come ordini.
Dimenticare che le unità di k dipendono dall'ordine.

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Related Formulas

Common questions

Frequently Asked Questions

Collega la velocità di reazione alle concentrazioni dei reagenti (o pressioni parziali) utilizzando ordini determinati sperimentalmente e una costante di velocità dipendente dalla temperatura.

Applica questa equazione quando devi calcolare la velocità istantanea di una reazione o determinare l'ordine di reazione dai dati cinetici sperimentali. È valida in condizioni in cui la temperatura è mantenuta costante, poiché la costante di velocità k dipende dalla temperatura.

Questa formula è fondamentale per progettare reattori chimici sicuri e prevedere la durata di conservazione dei prodotti farmaceutici. Identificando l'ordine di reazione, i chimici possono dedurre il meccanismo molecolare e la sequenza di passaggi che avvengono a livello atomico.

Utilizzare i coefficienti stechiometrici come ordini. Dimenticare che le unità di k dipendono dall'ordine.

Nel contesto di Prevedere come il raddoppio della concentrazione dei reagenti influenzi la velocità, Legge di velocità serve a trasformare le misure in un valore interpretabile. Il risultato è importante perché aiuta a collegare le quantità misurate a concentrazione, resa, variazione di energia, velocità di reazione o equilibrio.

Gli esponenti m e n devono essere determinati sperimentalmente; non sono necessariamente i coefficienti dall'equazione bilanciata. Le unità di k cambiano a seconda dell'ordine complessivo (m + n) per garantire che la velocità sia sempre in M/s. I reagenti con un ordine zero non influenzano la velocità, indipendentemente da quanto cambi la loro concentrazione.

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

Indicare la Forma Generale:

Interpretare la Costante di Velocità:

Rearrangements

Graph

Intuition

Insight

Practice Problem

Real-World Context

Tips

Common Mistakes

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Arrhenius equation

Frequently Asked Questions

Sources