(UFMG) Um palito de fósforo não se acende, espontaneamente, enquanto está guardado, mas basta um ligeiro atrito com uma superfície áspera para que ele, imediatamente, entre em combustão, com emissão de luz e calor.
Considerando-se essas observações, o que se pode afirmar em relação à reação?
a) É endotérmica e tem energia de ativação maior que a energia fornecida pelo atrito.
b) É endotérmica e tem energia de ativação menor que a energia fornecida pelo atrito.
c) É exotérmica e tem energia de ativação maior que a energia fornecida pelo atrito.
d) É exotérmica e tem energia de ativação menor que a energia fornecida pelo atrito.

Passo 1

O enunciado dá as seguintes observações e pede uma conclusão sobre a reação:
  • Um palito de fósforo não se acende espontaneamente enquanto está guardado.
  • Um ligeiro atrito com uma superfície áspera faz com que ele imediatamente entre em combustão, com emissão de luz e calor.
    A pergunta do enunciado: dentre as alternativas dadas, qual afirmação é correta sobre (i) se a reação é endotérmica ou exotérmica e (ii) se a energia de ativação é maior ou menor que a energia fornecida pelo atrito?

Passo 2

Entendendo o que significa a reação ser exotérmica ou endotérmica (aula rápida e prática).
  • Uma reação é exotérmica quando, no balanço global, ela libera energia para o ambiente (geralmente na forma de calor, e frequentemente luz também). Em linguagem de termoquímica isso aparece como uma variação de entalpia negativa.
  • Uma reação é endotérmica quando precisa absorver energia do ambiente para acontecer (variação de entalpia positiva).
    Como verificar pela observação do enunciado: o palito, ao queimar, emite calor e luz. Isso indica que a reação libera energia para o ambiente. Portanto a reação é exotérmica, o que podemos escrever com a notação de termoquímica:
\Delta H < 0.
Explicação extra e intuitiva: a combustão do palito produz calor — quer dizer que os produtos têm menor energia interna/entalpia do que os reagentes e a diferença saiu como calor/luz.

Passo 3

O que é energia de ativação? (explicação didática)
  • Mesmo que uma reação seja exotérmica (libere energia no final), ela pode não ocorrer sozinha porque existe uma barreira energética que os reagentes precisam ultrapassar para reagir. Essa barreira chama-se energia de ativação.
  • Denotemos a energia de ativação por E_a. É a energia mínima que deve ser fornecida ao sistema para que a reação alcance o estado de transição e então prossiga rumo aos produtos.
  • Enquanto o palito está guardado sem acender, isso mostra que, à temperatura ambiente e sem estímulo, os reagentes não têm energia suficiente para ultrapassar E_a.

Passo 4

O papel do atrito (como fonte de energia para vencer a barreira)
  • O enunciado diz que um “ligeiro atrito” faz o palito “imediatamente” entrar em combustão. Chamemos a energia fornecida pelo atrito de E_{\text{atrito}}.
  • Para que o atrito provoque imediatamente a combustão é necessário que esse estímulo forneça energia suficiente para que o sistema atinja o pico de energia do estado de transição; em símbolos, devemos ter
E_{\text{atrito}} \ge E_a.
  • Como o atrito é descrito como “ligeiro” e a reação acende rapidamente, o cenário físico é que o atrito fornece pelo menos a energia necessária; nas alternativas temos comparações estritas (“maior” ou “menor”), então o que cabe escolher é que a energia de ativação é menor que a energia fornecida pelo atrito (ou, de forma intuitiva, o atrito supera a barreira).

Passo 5

Juntando as duas conclusões para escolher a alternativa correta
  • Conclusão 1: a reação é exotérmica, porque há emissão de calor e luz ( \Delta H < 0).
  • Conclusão 2: a energia de ativação E_a é menor que a energia fornecida pelo atrito E_{\text{atrito}}, pois sem atrito nada acontece e com um leve atrito a reação ocorre imediatamente (logo o atrito fornece energia suficiente para vencer a barreira).
    Portanto a alternativa que diz que a reação é exotérmica e tem energia de ativação menor que a energia fornecida pelo atrito é a correta.

Resposta

d) É exotérmica e tem energia de ativação menor que a energia fornecida pelo atrito.

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