ecuaciones de velocidad y orden de reacción mapa mental

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Las ecuaciones de velocidad relacionan la rapidez de una reacción con las concentraciones de los reactivos mediante el orden de reacción y la constante k. Este recurso explica cómo se determinan los órdenes de forma experimental, cómo afectan a las unidades de k, la diferencia entre orden y estequiometría, y el papel de la ecuación de Arrhenius y los catalizadores en la cinética química.

Orden frente a estequiometría
Un error frecuente es suponer que los coeficientes de la ecuación química indican los órdenes de la ecuación de velocidad. Los órdenes m y n solo pueden determinarse de forma experimental, porque la ecuación de velocidad refleja el mecanismo real de la reacción, no su ecuación global ajustada. Por ejemplo, en la descomposición del N2O5 la velocidad es de primer orden respecto al reactivo, aunque la estequiometría implique relaciones distintas. Solo cuando una reacción transcurre en una única etapa elemental los coeficientes coinciden con los órdenes, y esto debe demostrarse, no asumirse.

Método de velocidades iniciales
Este método consiste en medir la velocidad al comienzo de la reacción variando la concentración de un reactivo mientras las demás se mantienen constantes. Si al duplicar la concentración la velocidad se duplica, el orden es uno; si se cuadruplica, el orden es dos; si no cambia, el orden es cero. Repitiendo el proceso con cada reactivo se obtienen los órdenes parciales y, sustituyendo en la ecuación, el valor de k con sus unidades. Es un procedimiento habitual en prácticas de laboratorio de bachillerato y primeros cursos universitarios.

Unidades de la constante k
Las unidades de k dependen del orden global de la reacción, lo que permite comprobar el orden calculado. Para una velocidad expresada en mol dm⁻³ s⁻¹, una reacción de orden cero tiene k en mol dm⁻³ s⁻¹; de primer orden, en s⁻¹; y de segundo orden, en dm³ mol⁻¹ s⁻¹. Esta relación se deduce despejando k en la ecuación de velocidad. Conviene recordar que k no es constante en sentido absoluto: varía con la temperatura según la ecuación de Arrhenius, aunque no depende de las concentraciones de los reactivos.

Gráficos característicos según el orden
La representación gráfica de los datos cinéticos permite identificar el orden de la reacción. Para orden cero, la concentración frente al tiempo da una línea recta con pendiente negativa. Para primer orden, el logaritmo natural de la concentración frente al tiempo es lineal. Para segundo orden, la inversa de la concentración frente al tiempo produce una recta. El gráfico que resulte lineal indica el orden correspondiente. Este análisis complementa el método de velocidades iniciales y es especialmente útil cuando se dispone de datos de concentración a lo largo del tiempo.