Qual é a ordem da reação de formação de água a partir do hidrogênio e oxigênio?
2 \mathrm{H}_{2(g)}+\mathrm{O}_{2(g)} \rightarrow 2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(g)}

Passo 1

O enunciado dá a reação
2\;\mathrm{H}_{2(g)}+\mathrm{O}_{2(g)}\rightarrow 2\;\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{(g)}
e pergunta: “Qual é a ordem da reação de formação de água a partir do hidrogênio e oxigênio?”
Informações relevantes fornecidas: os coeficientes estequiométricos dos reagentes são 2 para \mathrm{H}_2 e 1 para \mathrm{O}_2. Não há mais dados experimentais no enunciado sobre velocidades ou mecanismos.

Passo 2

O que significa “ordem da reação” e como a representamos matematicamente?
  • A lei de velocidade (ou taxa) de uma reação é uma expressão que relaciona a velocidade instantânea da reação v com as concentrações dos reagentes. A forma genérica para dois reagentes A e B é
v = k\,[A]^{m}\,[B]^{n},
onde:
  • v é a velocidade da reação (por exemplo, variação de concentração por tempo),
  • k é a constante de velocidade (depende de temperatura, unidade depende da ordem),
  • [A] e [B] são concentrações molares dos reagentes,
  • m é a ordem parcial em relação a A (expoente da concentração de A),
  • n é a ordem parcial em relação a B.
  • A ordem global (ou total) da reação é a soma dos expoentes:
\text{ordem global} = m + n.
Explicando: os expoentes m e n indicam como a velocidade varia quando se muda a concentração de cada reagente. Esses expoentes são, em geral, determinados experimentalmente.

Passo 3

Conceito importante: molecularidade (de uma etapa elementar) versus ordem (da lei de velocidade).
  • Se uma reação é elementar (ou seja, ocorre numa única colisão/etapa), então a lei de velocidade pode ser escrita diretamente a partir da sua equação elementar: os expoentes são iguais aos coeficientes estequiométricos dos reagentes nessa etapa. A molecularidade é o número de moléculas que colidem simultaneamente nessa etapa.
  • No entanto, muitas reações macroscópicas ocorrem por um mecanismo com várias etapas elementares; aí a lei de velocidade pode ter expoentes diferentes dos coeficientes estequiométricos. Nesses casos, a ordem real só pode ser obtida experimentalmente ou derivada do mecanismo assumido.

Passo 4

Aplicando a hipótese de que a reação dada é elementar (hipótese padrão em exercícios básicos):
  • Se a reação for uma única etapa elementar, a lei de velocidade tem os expoentes iguais aos coeficientes dos reagentes na equação. Assim escrevemos:
v = k\,[\mathrm{H}_2]^2\,[\mathrm{O}_2]^1.
  • Os expoentes são 2 para \mathrm{H}_2 e 1 para \mathrm{O}_2. Portanto a ordem global é a soma:
\text{ordem global} = 2 + 1 = 3.

Passo 5

Interpretação e observação prática (o que levar para a prova):
  • Regra prática para exercícios: se o enunciado não diz nada sobre mecanismo nem fornece dados experimentais e pede a “ordem” assumida, normalmente assume-se que a reação é elementar e se soma os coeficientes dos reagentes. Nesse caso, resposta: terceira ordem.
  • Atenção: na realidade química (por exemplo, a combustão do hidrogênio com oxigênio) o processo é complexo, passa por radicais e etapas distintas, e a lei de velocidade real pode ser diferente da expressão elementar. Em provas, porém, siga a indicação acima salvo se o enunciado disser o contrário ou der dados experimentais.

Resposta

Terceira ordem, com lei de velocidade assumida (elementar) v = k[\mathrm{H}_2]^2[\mathrm{O}_2].

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