Legea Vitezei: Formula Secretă a Rapidității Chimice

Bun, acum hai să trecem de la factorii calitativi (temperatură, concentrație) la legea matematică care le cuantifică. Legea vitezei este ecuația care spune exact cum depinde viteza de concentrație. Este ca o rețetă care îți spune că dacă dublezi cantitatea de unt, plăcinta crește de atâtea ori. Să începem!

---

1. Ce Este Legea Vitezei? (Forma Generală)

Pentru o reacție generală: aA + bB → produși, legea vitezei (sau ecuația vitezei) are forma:

v = k * [A]^m * [B]^n

Ce înseamnă fiecare simbol?

• v: Viteza instantanee a reacției (la un moment dat, pe măsură ce concentrațiile se schimbă). Unitate: mol/(L·s) sau M/s.
• k: Constanta de viteză. Este NUMĂRUL FIX pentru acea reacție la o anumită temperatură. Ea conține „ascunse” toate celelalte influențe (temperatura, natura reactanților, prezența unui catalizator). Dacă temperatura crește, k crește SEMNIFICATIV.
• [A], [B]: Concentrațiile molare ale reactanților A și B (exprimate în moli pe litru, M).
• m, n: Ordinele de reacție față de reactantul A, respectiv B. Sunt numere mici (0, 1, 2, rar 3) determinate numai experimental. NU au nicio legătură cu coeficienții stoichiometrici a și b din ecuația globală!

---

2. Ordinea de Reacție: „Sensibilitatea” Vitezei la Schimbarea Concentrației

Aceasta este partea cheie! Ordinea m sau n spune cum răspunde viteza când schimbi concentrația acelui reactant.

A. Ordinul ZERO (m = 0)

• Legea vitezei: v = k * [A]^0 = k (pentru că orice număr la puterea 0 este 1).
• Ce înseamnă? Viteza este CONSTANTĂ, independentă de concentrația lui A.
• Exemplu grafic:
  v ▲ │ │─────────── (o linie orizontală) │ └──────────────────> [A]
• Ce se întâmplă dacă dublezi [A]? Viteza rămâne aceeași. E o situație rară, tipică pentru reacții de suprafață saturate (ex: descompunerea catalitică a unui gaz pe o suprafață solidă acoperită complet).

B. Ordinul ÎNTÂI (m = 1)

• Legea vitezei: v = k * [A]^1 = k * [A]
• Ce înseamnă? Viteza este DIRECT PROPORȚIONALĂ cu concentrația lui A.
• Exemplu grafic:
  v ▲ │ / │/ └──────────> [A] (o dreaptă prin origine)
• Ce se întâmplă dacă dublezi [A]? Viteza se dublează.

C. Ordinul DOI (m = 2)

• Legea vitezei: v = k * [A]^2
• Ce înseamnă? Viteza este proporțională cu PĂTRATUL concentrației lui A.
• Exemplu grafic:
  v ▲ │ / │ / │ / │ / └─────────> [A] (o parabolă)
• Ce se întâmplă dacă dublezi [A]? v_nouă = k * (2[A])^2 = k * 4[A]^2 = 4 * v_veche. Viteza crește de 4 ori!

Ordinul total al reacției = m + n + ... (suma ordinelor față de fiecare reactant).

---

3. Cum Se Determină Experimental Ordinea de Reacție? (Metoda Vitezelor Inițiale)

Această metodă e perfectă pentru înțelegere și poate fi subiect de BAC. Se face un set de experimente, măsurând viteza inițială (v₀) la diferite concentrații inițiale.

Exemplu: Pentru reacția A + B → produse, avem datele:

Experiment	[A]₀ (M)	[B]₀ (M)	Viteza inițială, v₀ (M/s)
1	0.10	0.10	4.0 x 10⁻⁵
2	0.20	0.10	8.0 x 10⁻⁵
3	0.10	0.20	16.0 x 10⁻⁵

Pași de determinare:

1. Găsim ordinul față de A (m): Comparăm experimentele în care [B] este constant (Ex. 1 și 2).
   • Când [A] s-a dublat (de la 0.10 la 0.20 M), v₀ s-a dublat (de la 4.0 la 8.0 x 10⁻⁵).
   • Dublare a lui [A] → Dublare a vitezei → Ordinul în A este 1 (m=1).
2. Găsim ordinul față de B (n): Comparăm experimentele în care [A] este constant (Ex. 1 și 3).
   • Când [B] s-a dublat (de la 0.10 la 0.20 M), v₀ s-a mărit de 4 ori (de la 4.0 la 16.0 x 10⁻⁵).
   • Dublare a lui [B] → Viteza crește de 4 ori → Ordinul în B este 2 (n=2).
3. Scriem legea vitezei: v = k * [A]^1 * [B]^2
4. Calculăm constanta k: Folosim datele oricărui experiment (ex. 1).
   • 4.0 x 10⁻⁵ M/s = k * (0.10 M)^1 * (0.10 M)^2
   • 4.0 x 10⁻⁵ = k * (0.10) * (0.01) = k * 1.0 x 10⁻³
   • k = (4.0 x 10⁻⁵) / (1.0 x 10⁻³) = 4.0 x 10⁻² → k = 0.040 M⁻² s⁻¹ (Atenție la unități! Depind de ordinul total).

---

4. Mecanismul de Reacție și Etapa Determinantă de Viteză (EDV)

De ce ordinele m și n nu sunt neapărat coeficienții a și b? Pentru că majoritatea reacțiilor au loc în mai mulți pași elementari (simpli). Legea vitezei reflectă mecanismul, nu ecuația globală.

• Etapa lentă (determinantă de viteză – EDV): Este cea mai lentă etapă. Ea determină viteza întregului proces, ca o gâtuitură într-un drum.
• Legea vitezei este scrisă pentru această etapă lentă, folosind reactanții ei, cu exponenții egali cu coeficienții lor stoichiometrici (care sunt numere întregi mici).

Exemplu iconic: Descompunerea N₂O₅

• Ecuația globală: 2 N₂O₅(g) → 4 NO₂(g) + O₂(g)
• Legea vitezei determinată experimental: v = k * [N₂O₅] (Ordin 1 în N₂O₅).
• Observație: Coeficientul global este 2, dar ordinul e 1! Asta ne spune că reacția nu are loc într-un singur pas cu 2 molecule N₂O₅ ciocnindu-se. Ea are un mecanism în mai mulți pași, iar etapa lentă implică doar o singură moleculă de N₂O₅.

---

Concluzie: De la Observație la Ecuație Predictivă

Legea vitezei transformă o observație calitativă („dacă pun mai mult, merge mai repede”) într-o relație matematică precisă și predictivă. Este un instrument fundamental pentru:

1. Proiectarea reactorilor chimici industriali: Să știi exact cum să ajustezi concentrațiile pentru a obține viteza dorită.
2. Studiul mecanismelor de reacție: O fereastră în pașii invizibili ai transformării chimice.
3. Modelarea proceselor complexe: Din farmacocinetică (cum se descompune un medicament în corp) până la chimia atmosferei.

Pentru Bacalaureat, asigură-ți că poți:

• Scrie forma generală a legii vitezei.
• Determina ordinea de reacție dintr-un set de date experimentale (metoda vitezelor inițiale).
• Prezice de câte ori se modifică viteza la modificarea concentrației, cunoscând ordinea.
• Distinge între ecuația stoichiometrică globală și legea vitezei.

Cu legea vitezei în arsenal, nu mai ghicești viteza – o calculezi.