6.21 Desenhe um diagrama de energia para uma reação de duas etapas com K eq >1. Identifique o De<a G^circ global, estados de transição e intermediários. O valor de De<a G^circ 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 ,Keq>1. O conteúdo é de termodinâmica de reações e mecânica de reação (diagramas de energia livre). Vamos precisar de:
  • Eixo vertical: energia livre G.
  • Eixo horizontal: coordenada de reação (progresso da reação).
  • Dois máximos (estados de transição) e um mínimo local (intermediário).
  • Identificar a variação global De<a G^circ 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).

Passo 3

Identificações:
  • Estado de transição 1 (TS 1): primeira crista do gráfico, define energia de ativação da etapa 1.
  • Intermediário (I): vale local entre TS 1 e TS 2, energia menor que ambas as cristas.
  • Estado de transição 2 (TS 2): segunda crista do gráfico, define energia de ativação da etapa 2.
  • De<a G^circ global: diferença de energia livre entre produtos e reagentes, graficamente a altura de “P bul<=t” menos a altura de “R bul<=t”.

Passo 4

Usamos a relação termodinâmica
De<a G^circ ;=;-RTln Keq
Como ,Keq>1, temos ln Keq>0 e, portanto,
De<a G^circ<0

Resposta

O diagrama mostra dois picos (TS 1 e TS 2) e um vale (intermediário). A variação global De<a G^circ é negativa, pois Keq>1.

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