O metal ferro reage com uma solução aquosa de HCl , originando gás hidrogênio e cloreto de ferro II. Assinale a alternativa que indica a reação mais rápida entre o ferro e uma solução aquosa de
.
a) um prego de ferro, a
.
b) um prego de ferro, a
.
c) ferro em pó, a
.
d) ferro em pó, a
.
e) essa reação não depende da superfície de contato ou da temperatura.
R: letra C
a) um prego de ferro, a
b) um prego de ferro, a
c) ferro em pó, a
d) ferro em pó, a
e) essa reação não depende da superfície de contato ou da temperatura.
R: letra C
Passo 1
O enunciado pede: escolher, entre as alternativas dadas, qual representa a reação mais rápida entre o ferro e uma solução aquosa de
. O enunciado dá as seguintes informações relevantes:
- Reação:
. - Concentração do ácido:
(mesma em todas as alternativas). - Alternativas (formas do ferro e temperaturas):
a) um prego de ferro, a.
b) um prego de ferro, a.
c) ferro em pó, a.
d) ferro em pó, a.
e) essa reação não depende da superfície de contato ou da temperatura. - O objetivo é identificar qual alternativa corresponde à reação que ocorre mais rapidamente.
Passo 2
Vamos entender, passo a passo, quais fatores controlam a velocidade de uma reação química heterogênea (sólido + solução). Dois fatores principais aqui são fundamentais:
- Número de colisões eficazes entre reagentes por unidade de tempo: quanto maior esse número, mais rápida a reação. Imagine as partículas do ácido “batendo” na superfície do ferro; cada batida com energia suficiente pode levar à reação.
- Fração de colisões com energia suficiente para vencer a barreira energética (energia de ativação). Essa dependência com a energia é descrita pela equação de Arrhenius, que eu já trago a seguir para você ver o que significa cada símbolo.
Passo 3
Apresentando a equação de Arrhenius e explicando-a com calma:
onde:
-
é a constante de velocidade (quanto maior , mais rápida a reação, em condições semelhantes); -
é o fator de frequência (relacionado à frequência de colisões e orientação correta); -
é a energia de ativação (em ), a “barreira” que precisa ser vencida; -
é a constante dos gases ( ); -
é a temperatura absoluta em kelvin ( ).
Explicação simples: aumentando(temperatura), o expoente fica menos negativo, logo aumenta e cresce — ou seja, reações ficam mais rápidas com temperatura maior.
Passo 4
Conversando sobre superfície de contato: em uma reação sólido + solução, somente a superfície do sólido fica exposta para reagir. Então, quanto maior a área de contato entre o sólido e a solução, maior o número de colisões por segundo entre as moléculas/íons do ácido e os átomos do ferro, e mais rápido vai ser o consumo do ferro. Uma forma didática de ver o ganho de área ao transformar um bloco em muitos pedaços menores:
- Se você tem um cubo de lado
, sua área de superfície é . - Se você o cortar em
cubinhos iguais (lado ), cada cubinho tem área e o total é .
Conclusão deste cálculo: ao dividir o sólido em muitos pedaços, a área total cresce proporcionalmente a. Ou seja, moer o ferro em pó aumenta enormemente a área de contato em comparação com um prego maciço — muitas vezes ordens de magnitude maior — e isso aumenta fortemente a taxa de reação.
Passo 5
Quantificando, qualitativamente, os efeitos concorrentes (superfície vs temperatura):
- A mudança de temperatura de
para corresponde a um aumento de . Em Kelvin: Usando a razão das constantes de velocidade pela forma da Arrhenius, Para um valor típico de de reações metálicas com ácidos, por exemplo , essa razão dá um aumento aproximado de um fator da ordem de a ao subir de para . Em palavras: a temperatura aumenta a velocidade, mas por um fator moderado quando o aumento é de apenas . - Por outro lado, passar de um prego sólido para ferro em pó pode aumentar a área de contato por dezenas, centenas ou milhares de vezes (dependendo de quanto se pulveriza). Esse ganho de área normalmente é muito maior do que o ganho de velocidade obtido com um aumento moderado de temperatura.
Passo 6
Aplicando isso às alternativas:
- a) prego a
: pouca área de contato e temperatura menor → lenta. - b) prego a
: mesma pouca área, temperatura maior → mais rápida que (a) mas ainda limitada pela área. - d) pó a
: grande área de contato, temperatura menor → bem mais rápida que (a) e (b). - c) pó a
: combinação dos dois efeitos favoráveis — grande área de contato e temperatura maior — ou seja, a situação que entrega a maior taxa de reação entre as alternativas. - e) afirma que não depende de superfície ou temperatura — incorreto, porque ambos afetam claramente a velocidade (já explicado acima).
Portanto a alternativa que dá a reação mais rápida é a alternativa em que se tem ferro em pó (máxima área de contato) e temperatura maior (
), isto é, a alternativa c).
Passo 7
Resumo didático final (como você pode usar isso na prova):
- Sempre que tiver sólido reagindo com solução, pense em área superficial: maior área → mais locais para ocorrer reação → maior velocidade.
- Sempre que tiver variação de temperatura, lembre da equação de Arrhenius: pequenos aumentos em temperatura aumentam a velocidade, tipicamente por fatores modestos para aumentos moderados de
. - Combine efeitos: se puder aumentar área e temperatura, ambos contribuem, e em muitos casos o aumento de área (pó vs peça maciça) tem impacto maior que um pequeno aumento de temperatura.
Resposta
c) ferro em pó, a
.