(UFC-CE) As reações químicas metabólicas são fortemente dependentes da temperatura do meio. Como consequência, os animais de sangue frio possuem metabolismo retardado, fazendo com que os mesmos se movimentem muito mais lentamente em climas frios. Isso os torna mais expostos aos predadores em regiões temperadas do que em regiões tropicais.
Assinale a alternativa que justifica corretamente esse fenômeno.
a) Um aumento na temperatura, aumenta a energia de ativação das reações metabólicas, aumentando suas velocidades.
b) Um aumento na temperatura, aumenta a energia cinética médias das moléculas reagentes, aumentando as velocidades das reações metabólicas.
c) Em temperaturas elevadas, as moléculas se movem mais lentamente, aumentando a frequência dos choques e a velocidade das reações metabólicas.
d) Em baixas temperaturas, ocorre o aumento da energia de ativação das reações metabólicas, aumentando suas velocidades.
e) A frequência de choques entre as moléculas reagentes independe da temperatura do meio, e a velocidade da reação independe da energia de ativação.
Assinale a alternativa que justifica corretamente esse fenômeno.
a) Um aumento na temperatura, aumenta a energia de ativação das reações metabólicas, aumentando suas velocidades.
b) Um aumento na temperatura, aumenta a energia cinética médias das moléculas reagentes, aumentando as velocidades das reações metabólicas.
c) Em temperaturas elevadas, as moléculas se movem mais lentamente, aumentando a frequência dos choques e a velocidade das reações metabólicas.
d) Em baixas temperaturas, ocorre o aumento da energia de ativação das reações metabólicas, aumentando suas velocidades.
e) A frequência de choques entre as moléculas reagentes independe da temperatura do meio, e a velocidade da reação independe da energia de ativação.
Passo 1
O enunciado diz que animais de sangue frio movem-se mais lentamente em clima frio porque suas reações metabólicas ficam mais lentas. Pede-se que eu escolha, entre as alternativas (a)–(e), qual justifica corretamente esse fenômeno.
Informações relevantes dadas no enunciado:
Informações relevantes dadas no enunciado:
- Em temperaturas mais baixas o metabolismo de animais de sangue frio fica retardado (mais lento).
- Temos cinco alternativas que relacionam temperatura, energia cinética, energia de ativação, frequência de choques e velocidade das reações.
A tarefa é identificar qual alternativa explica corretamente por que a velocidade das reações metabólicas depende da temperatura.
Passo 2
Conceito básico: por que temperatura altera a velocidade das reações? Vou explicar passo a passo, sem pular nada. Existem dois fatores principais que determinam a velocidade de uma reação segundo a teoria de colisões e a expressão de Arrhenius:
- Quantas colisões ocorrem por unidade de tempo entre as moléculas reagentes (frequência de colisões).
- Dentre essas colisões, quantas têm energia suficiente para vencer a barreira energética da reação, chamada energia de ativação.
A reação fica mais rápida se aumentarmos a frequência de colisões ou aumentarmos a fração de colisões efetivas (aquelas com energia ≥ energia de ativação).
Passo 3
O que é energia cinética média e como ela depende da temperatura?
- Em física molecular, a temperatura mede a energia cinética média das moléculas. Para um gás (ou para movimentos térmicos em geral), a energia cinética média por molécula cresce quando a temperatura aumenta. Em notação:
onde
é a constante de Boltzmann e
a temperatura absoluta em kelvin.
- Portanto, quando
aumenta, as moléculas em média se movem mais rápido (têm maior velocidade média) e colidem com mais frequência e com maior energia nos encontros.
Passo 4
Apresentando a fórmula que liga tudo isso com a constante de velocidade: equação de Arrhenius.
A dependência da constante de velocidade com a temperatura é dada por
A dependência da constante de velocidade
onde:
-
é a constante de velocidade da reação (relacionada à velocidade observada), -
é o fator de frequência (relaciona-se à frequência geométrica/arranjo das colisões), -
é a energia de ativação (energia mínima necessária para que uma colisão seja produtiva), -
é a constante dos gases e a temperatura absoluta.
Explicando: o termo exponencialrepresenta a fração de colisões que possuem energia suficiente (≥ ). Quando aumenta, fica menos negativo, logo o expoente aumenta e cresce — a reação acelera.
Passo 5
Um exemplo numérico simples para sentir o efeito (sem usar calculadora complexa): suponha
,
. Compare
(
C) e
(
C). A razão entre os fatores exponenciais é
Calculando aproximadamente:
, e
, o produto dá cerca de
. Então a razão é
: um aumento de
quase dobra a constante de velocidade nesse exemplo. Isso mostra que pequenas mudanças de temperatura podem ter efeito grande na velocidade das reações.
Passo 6
Agora avalio as alternativas à luz da teoria e do que expliquei:
- Alternativa (a): “Um aumento na temperatura, aumenta a energia de ativação das reações metabólicas, aumentando suas velocidades.” — incorreto. A energia de ativação
é uma propriedade da reação (liga-se ao mecanismo) e não aumenta com temperatura; não é essa a razão da aceleração. - Alternativa (b): “Um aumento na temperatura, aumenta a energia cinética médias das moléculas reagentes, aumentando as velocidades das reações metabólicas.” — correto. Isso corresponde exatamente ao que expliquei: temperatura maior → maior energia cinética média → mais colisões efetivas e maior
. - Alternativa (c): “Em temperaturas elevadas, as moléculas se movem mais lentamente, aumentando a frequência dos choques…” — incorreto e contraditório: em temperaturas maiores as moléculas MOVEM-SE MAIS RÁPIDO, não mais lentamente.
- Alternativa (d): “Em baixas temperaturas, ocorre o aumento da energia de ativação…, aumentando suas velocidades.” — incorreto por duas razões: em baixas temperaturas não aumenta
e velocidades não aumentam; pelo contrário, diminuem. - Alternativa (e): “A frequência de choques entre as moléculas reagentes independe da temperatura do meio, e a velocidade da reação independe da energia de ativação.” — incorreto. A frequência de choques e a fração de colisões eficazes dependem da temperatura, e a energia de ativação influencia fortemente a velocidade (veja Arrhenius).
Passo 7
Resumo didático curto para a prova (como me lembrar rápido):
- Temperatura alta → moléculas com maior energia cinética média → mais colisões e mais colisões com energia ≥
→ taxa de reação maior. - Use mentalmente a fórmula de Arrhenius
para justificar por que cresce quando cresce.
Resposta
b) Um aumento na temperatura, aumenta a energia cinética médias das moléculas reagentes, aumentando as velocidades das reações metabólicas.