Por que a energia de ativação é importante para explicar se uma reação ocorre ou não?
Passo 1
O enunciado pergunta por que a energia de ativação é importante para explicar se uma reação ocorre ou não. O conteúdo aqui é cinética química, mais especificamente o conceito de barreira energética que as moléculas precisam superar para reagir. Para resolver, vamos usar o diagrama de energia potencial e a equação de Arrhenius, que relaciona a energia de ativação à velocidade da reação.
Passo 2
Descrevemos um diagrama simplificado de energia potencial de uma reação genérica. Temos:
• Energia dos reagentes:
• Energia do complexo ativado (topo da barreira):
• Energia dos produtos:
A energia de ativação é a diferença
• Energia dos reagentes:
• Energia do complexo ativado (topo da barreira):
• Energia dos produtos:
A energia de ativação é a diferença
Ela representa a altura da barreira que as moléculas devem alcançar para se transformarem em produtos.
Passo 3
Usamos a equação de Arrhenius para conectar
à constante de velocidade
:
Aqui
é o fator pré-exponencial (frequência de colisões efetivas),
a constante dos gases e
a temperatura absoluta. Note que quanto maior
, menor será
e, portanto, mais lenta a reação.
Passo 4
Mesmo que uma reação seja termodinamicamente favorável
, se
for muito alta, o fator
fica muito pequeno e a reação praticamente não ocorre na prática. Em contrapartida, uma reação com
baixa tende a acontecer rapidamente, mesmo a temperaturas moderadas.
Passo 5
Concluindo, a energia de ativação determina se as moléculas têm energia suficiente (por colisões ou fornecimento térmico) para ultrapassar a barreira e formar produtos. Se a barreira for alta, a reação será muito lenta ou não observável; se for baixa, a reação ocorrerá de forma espontânea e rápida.
Resposta
A energia de ativação é crucial porque define a altura da barreira energética que as moléculas precisam vencer para reagir. Ela aparece exponencialmente na equação de Arrhenius
e, portanto, mesmo reações termodinamicamente favoráveis podem não ocorrer se
for muito alta, tornando a velocidade efetiva
muito pequena.