Ordem de uma reação

A ordem de uma reação é uma relação matemática que serve para relacionar a velocidade da reação com a concentração em quantidade de matéria dos reagentes.

Essa ordem da reação pode ser dada em relação a apenas um dos reagentes ou pode ser uma ordem global da reação:

- Se for em relação a um determinado reagente, a ordem será igual ao expoente da sua concentração na expressão da lei da velocidade;

- Se for a ordem global da reação, ela será obtida por meio da soma dos expoentes na equação da lei da velocidade, também conhecida como lei de ação das massas ou lei de Guldberg-Waage.

O texto Lei da velocidade das reações mostrou que, considerando a seguinte reação genérica:

aA + bB → cC + dD

Se ela for elementar (ocorrer em uma única etapa), a sua equação da lei da velocidade será dada por:

v = k [A]^a . [B]^b

Observe que os expoentes serão os respectivos valores dos coeficientes na equação química balanceada. Por exemplo, considere a seguinte reação elementar:

1 C₂H_4(g) + 1 H_2(g) → 1 C₂H_6(g)

A equação da lei da velocidade dessa reação será:

v = k [C₂H₄]¹ . [H₂]¹ ou v = k [C₂H₄] . [H₂]

Dizemos então que, em relação a C₂H₄, a reação é de primeira ordem. Isso quer dizer que, se dobrarmos o valor da concentração desse reagente, a velocidade da reação também dobrará. O mesmo se aplica em relação ao H₂.

Já a ordem global dessa reação, conforme já dito, é dada pela soma dos expoentes na equação da lei da velocidade. Então, ela será igual a 2 (1 + 1), ou podemos dizer que a reação é de segunda ordem.

No entanto, se essa reação não for elementar, os coeficientes dessa equação serão determinados experimentalmente. Veja alguns exemplos:

Ordem de uma reação não elementar determinada experimentalmente

Nesses casos, varia-se a concentração de cada reagente separadamente e observa-se como a velocidade é alterada.

Vejamos agora um exemplo de questão envolvendo a ordem de uma reação:

Exemplo: (UEG GO/2007) Considere a fase gasosa da reação entre o óxido nítrico e a molécula de bromo a 273 ºC. A velocidade inicial de formação do NOBr foi determinada experimentalmente para várias concentrações iniciais de NO e Br₂. Os resultados podem ser vistos na tabela a seguir:

2NO_(g)+ Br_2(g) → 2 NOBr_(g)

Tabela com dados de experimento sobre ordem da reação

Determine a ordem de reação em relação ao NO e ao Br₂.

Resolução:

Nesse caso, os valores das concentrações dos reagentes não duplicaram ou triplicaram exatamente. Então resolvemos da seguinte forma:

Considerando a lei da velocidade v = k . [NO]^α . [Br₂]^β para os experimentos 1 e 2, e, em seguida, dividindo uma pela outra, temos:

24 = k . 0,1^α . 0,2^β Experimento 1
150= k . 0,25^α . 0,2^β Experimento 2
24/150 = (0,1/0,25)^α
0,16 = (0,4)² = (0,4)^α → α = 2

Determinação da ordem de reação em relação ao Br₂:

De forma análoga, considerando os experimentos 1 e 3, temos:

24 = k . 0,1^α . 0,2^β Experimento 1
60= k . 0,1^α . 0,5^β Experimento 3
24/60= (0,2/0,5)^β
​0,4 = 0,4^β → β = 1

Assim, a lei da velocidade dessa reação fica da seguinte forma: v = k . [NO]² . [Br₂]¹.

Essa reação em relação a NO é de segunda ordem e em relação a Br₂ é de primeira ordem.