6.21 Desenhe um diagrama de energia para uma reação de duas etapas com
. Identifique o
global, estados de transição e intermediários. O valor de
é positivo ou negativo?
Passo 1
O enunciado pede para desenhar o diagrama qualitativo de energia livre ao longo de uma reação em duas etapas, sabendo que
. O conteúdo é de termodinâmica de reações e mecânica de reação (diagramas de energia livre). Vamos precisar de:
- Eixo vertical: energia livre
. - Eixo horizontal: coordenada de reação (progresso da reação).
- Dois máximos (estados de transição) e um mínimo local (intermediário).
- Identificar a variação global
e seu sinal.
Passo 2
Definimos os eixos e esboçamos um diagrama ASCII aproximado:
Energia livre
\(^{\wedge}\) TS\(2\) Produtos \(\bullet\)
| /\ \(\bullet\)
| / \
| I_______/ \_______
| / \
| / \
| TS\(1\) / \
| /\ / \
| / \ / \
| R \(\bullet\)----------------------------------\(\bullet+\)----------------------------------------> Coordenada de reação
Reagentes \(R\) Ponto final
Neste esboço:
“R
” marca os reagentes, “P
” marca os produtos.
“TS ” e “TS
” são os máximos locais (estados de transição).
“O” em “I” é o mínimo local (intermediário).
“TS
“O” em “I” é o mínimo local (intermediário).
Passo 3
Identificações:
- Estado de transição
(TS ): primeira crista do gráfico, define energia de ativação da etapa . - Intermediário (I): vale local entre TS
e TS , energia menor que ambas as cristas. - Estado de transição
(TS ): segunda crista do gráfico, define energia de ativação da etapa . -
global: diferença de energia livre entre produtos e reagentes, graficamente a altura de “P ” menos a altura de “R ”.
Passo 4
Usamos a relação termodinâmica
Como
, temos
e, portanto,
Resposta
O diagrama mostra dois picos (TS
e TS
) e um vale (intermediário). A variação global
é negativa, pois
.