Exercício 2: A oxidação do dióxido de enxofre é uma reação que ocorre em duas etapas com catálise homogênea no estado gasoso.
a) Encontre a equação química que representa a reação global.
b) Que substância funciona como catalisador e que substância é um intermediário (estado de transição)?
b) Que substância funciona como catalisador e que substância é um intermediário (estado de transição)?
Passo 1
O enunciado dá duas etapas elementares da reação (copiei-as do enunciado) e pede duas coisas:
- Etapa 1:
- Etapa 2:
Perguntas:
(a) Encontrar a equação química que representa a reação global (ou líquida) resultante dessas duas etapas.
(b) Indicar qual substância funciona como catalisador e qual é o intermediário.
(a) Encontrar a equação química que representa a reação global (ou líquida) resultante dessas duas etapas.
(b) Indicar qual substância funciona como catalisador e qual é o intermediário.
Passo 2
Como resolver passo a passo (ideia prática que será aplicada): somar algebricamente as duas etapas elementares e cancelar (eliminar) as espécies químicas que aparecem tanto como produto de alguma etapa quanto como reagente de outra etapa. Espécies que aparecem em ambos os lados se anulam na soma e não aparecem na reação global.
Agora escrevo as duas etapas novamente e as somo termo a termo em forma algébrica (cada lado da seta soma-se com o lado correspondente da outra etapa):
Passo 3
Identificar as espécies que aparecem nos dois lados e cancelar:
-
aparece como produto na primeira etapa e como reagente na segunda etapa. Logo, uma molécula de é produzida e consumida durante o mecanismo — ela se cancela na soma. -
aparece como reagente na primeira etapa e como produto na segunda etapa. Logo, uma molécula de é consumida e regenerada — também se cancela na soma.
Cancelando
e
da soma obtém-se a equação líquida (a soma restante):
Passo 4
Para evitar o coeficiente fracionário
é comum multiplicar toda a equação por
. Fazendo isso obtemos a forma com coeficientes inteiros:
Faço uma checagem rápida de conservação de átomos na versão inteira:
- Enxofre:
átomos de S à esquerda e á direita. - Oxigênio: à esquerda
átomos de O; à direita átomos de O.
Portanto está balanceada.
Passo 5
Definições curtas e aplicação ao caso (para entender na hora da prova):
- Catalisador: substância que participa de uma ou mais etapas do mecanismo (pode entrar como reagente), mas é regenerada ao final do mecanismo; não aparece na equação global (não é consumida no balanço total). Além disso, um catalisador geralmente acelera a reação ao diminuir a energia de ativação.
- Intermediário: espécie formada em uma etapa do mecanismo e consumida em uma etapa subsequente; existe apenas temporariamente durante o processo. Também não aparece na equação global.
Aplicando estas definições às etapas dadas:
-
é consumida na primeira etapa e re-formada na segunda etapa; aparece nas etapas, mas é regenerada no conjunto. Logo atua como catalisador. -
é formada na primeira etapa e consumida na segunda etapa; ela existe apenas durante o mecanismo e não é uma espécie inicial/externa regenerada como catalisador. Logo é o intermediário.
Passo 6
Resumo final do raciocínio e uma dica para a prova:
- Some as equações elementares, cancele as espécies que aparecem dos dois lados e verifique conservação de átomos. Para identificar catalisador vs intermediário, observe se a espécie é regenerada (catalisador) ou se é produzida e depois consumida (intermediário).
- Fique atento a frações de
; é normal multiplicar por para obter coeficientes inteiros.
Resposta
(forma com coeficientes inteiros:
Catalisador:
Intermediário:
Intermediário: