(UFSM) Numa aula prática de cinética química, um grupo de alunos estudou, nas mesmas condições de temperatura, concentração e pressão, a decomposição do peróxido de hidrogênio, a partir das situações I e II, abaixo descritas:
Situação I: Na presença de íons \mathrm{Fe}^{2+} (aq), em meio ácido, em duas etapas:
A partir da experiência acima descrita, julgue os itens com verdadeiro (V) ou falso (F):
( ) a velocidade da decomposição do H2O2 (aq), em I e II, é a mesma.
( ) os íons \mathrm{Fe}^{2+} se oxidam na 1^{\underline{\text { a }}} etapa de I, sendo, portanto, oxidantes.
( ) na ausência de íons \mathrm{Fe}^{2+}, a decomposição do \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}(\mathrm{aq}) é mais lenta.
( ) na 2^{\underline{\mathrm{a}}} etapa de I, os íons \mathrm{Fe}^{3+} são oxidantes.
( ) as etapas de I são mais rápidas que a etapa II.
( ) em I, os íons \mathrm{Fe}^{2+} não são consumidos nas reações.
Passo 1
O enunciado descreve duas situações para a decomposição do peróxido de hidrogênio e pede que a gente julgue seis afirmações com Verdadeiro (V) ou Falso (F). As informações dadas são:
Situação I (mecanismo em duas etapas, em meio ácido, presença de íons \mathrm{Fe}^{2+}):
A velocidade da decomposição do \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2}, em I e II, é a mesma.
Os íons \mathrm{Fe}^{2+} se oxidam na 1^{\underline{\text{a}}} etapa de I, sendo, portanto, oxidantes.
Na ausência de íons \mathrm{Fe}^{2+}, a decomposição do \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2} é mais lenta.
Na 2^{\underline{\text{a}}} etapa de I, os íons \mathrm{Fe}^{3+} são oxidantes.
As etapas de I são mais rápidas que a etapa II.
Em I, os íons \mathrm{Fe}^{2+} não são consumidos nas reações.]
Passo 2
Antes de analisar cada afirmação, vamos revisar conceitos essenciais, explicados de forma bem prática:
Oxidação e redução: “oxidação” é perda de elétrons e “redução” é ganho de elétrons. Uma espécie que perde elétrons está sendo oxidada; a espécie que causa essa perda (isto é, aceita elétrons) é o agente oxidante (oxidante). Analogamente, a espécie que ganha elétrons está sendo reduzida; a espécie que causa essa redução (doa elétrons) é o agente redutor (redutor).
Agente oxidante vs. agente redutor: se A vira A^{+} (perde elétrons), A foi oxidado e, portanto, era um redutor. Se B^{+} vira B (ganha elétrons), B^{+} foi reduzido e, portanto, era um oxidante.
Catalisador: é uma substância que acelera uma reação sem ser consumida no saldo global; pode participar temporariamente nas etapas elementares (ser consumida em uma etapa e regenerada em outra), mas ao final aparece nas mesmas quantidades iniciais. Um catalisador fornece uma via alternativa com menor energia de ativação, aumentando a velocidade da reação sob as mesmas condições.
Mecanismo em etapas: quando uma reação global ocorre por várias etapas, cada etapa é uma reação elementar. A velocidade global pode ser dominada pela etapa mais lenta (etapa limitante), mas, no geral, se a via com catalisador tem barreiras menores, a reação acelera em comparação com a via sem catalisador.
Vou usar esses conceitos para avaliar cada afirmação.
Aqui \mathrm{Fe}^{3+} passa a \mathrm{Fe}^{2+}. Isso significa que \mathrm{Fe}^{3+} ganha elétrons — está sendo reduzido.
Conclusão desse ciclo: \mathrm{Fe}^{2+} é convertido em \mathrm{Fe}^{3+} na etapa 1 e \mathrm{Fe}^{3+} volta a \mathrm{Fe}^{2+} na etapa 2. No balanço global das duas etapas, o ferro é regenerado — por isso ele se comporta como catalisador. O catalisador altera o mecanismo (duas etapas com menores barreiras) comparado à via direta (situação II), que é uma etapa única sem catalisador.
Passo 4
Afirmação 1: “a velocidade da decomposição do \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2}, em I e II, é a mesma.”
Explicação: em I há um ciclo com \mathrm{Fe}^{2+}/\mathrm{Fe}^{3+} que atua como catalisador, oferecendo uma via alternativa com etapas que, em geral, têm menor energia de ativação do que a reação direta (II). Um catalisador aumenta a velocidade da reação nas mesmas condições experimentais. Portanto, a velocidade em I NÃO é a mesma que em II — em I a decomposição é mais rápida.
Conclusão: a afirmação 1 é Falsa.
Passo 5
Afirmação 2: “os íons \mathrm{Fe}^{2+} se oxidam na 1^{\underline{\text{a}}} etapa de I, sendo, portanto, oxidantes.”
Vamos separar em duas partes:
Primeiro: os íons \mathrm{Fe}^{2+} realmente se oxidam na 1ª etapa, porque \mathrm{Fe}^{2+} \to \mathrm{Fe}^{3+} (perda de elétrons). Essa parte está correta.
Segundo: a conclusão “sendo, portanto, oxidantes” é incorreta logicamente. Quem se oxida (perde elétrons) é o agente redutor, não o oxidante. O oxidante é quem é reduzido. Assim, se \mathrm{Fe}^{2+} é oxidado, ele age como agente redutor (doa elétrons), não como oxidante.
Conclusão: a afirmação contém uma parte verdadeira (oxidação) e uma conclusão errada (ser oxidante). No enunciado a afirmação junta essas duas ideias, então no contexto do teste ela é considerada Falsa.
Passo 6
Afirmação 3: “na ausência de íons \mathrm{Fe}^{2+}, a decomposição do \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{2} é mais lenta.”
Explicação: sem o catalisador \mathrm{Fe}^{2+} a reação segue a via direta (situação II), que geralmente tem maior energia de ativação. Portanto, a decomposição sem catalisador é mais lenta do que com catalisador. Isso é exatamente a função do catalisador: acelerar. Logo a afirmação é Verdadeira.
Passo 7
Afirmação 4: “na 2^{\underline{\text{a}}} etapa de I, os íons \mathrm{Fe}^{3+} são oxidantes.”
Aqui \mathrm{Fe}^{3+} é reduzido a \mathrm{Fe}^{2+} (ganha elétrons). A espécie que é reduzida é o agente oxidante. Logo, \mathrm{Fe}^{3+} atua como oxidante nesta etapa (aceita elétrons do peróxido).
Conclusão: a afirmação é Verdadeira.
Passo 8
Afirmação 5: “as etapas de I são mais rápidas que a etapa II.”
Explicação: essa afirmação está afirmando que a via catalisada (I), composta por duas etapas elementares, é mais rápida que a via não catalisada (II). Como já discutimos, o efeito de um catalisador é justamente fornecer uma via de menor barreira energética, acelerando a reação. Mesmo que uma das etapas possa ser a etapa limitante da via catalisada, a via total com catalisador normalmente resulta em maior velocidade do que a via sem catalisador sob as mesmas condições. Portanto, afirmar que as etapas de I (o caminho catalisado) são mais rápidas que a etapa II (caminho não catalisado) é consistente com o papel do catalisador.
Conclusão: a afirmação é Verdadeira.
Passo 9
Afirmação 6: “em I, os íons \mathrm{Fe}^{2+} não são consumidos nas reações.”
Interpretação cuidadosa: na 1ª etapa \mathrm{Fe}^{2+} é consumido (convertido em \mathrm{Fe}^{3+}), mas na 2ª etapa \mathrm{Fe}^{3+} é convertido de volta em \mathrm{Fe}^{2+}. No balanço global das duas etapas, a quantidade de \mathrm{Fe}^{2+} inicial é recuperada — ou seja, o ferro não é consumido no processo total; ele atua como catalisador. Normalmente, nas questões de cinética/termodinâmica/redox, quando dizem “não são consumidos nas reações” referem-se ao consumo líquido no decorrer da reação global. Assim, a afirmação é correta no sentido de catalisador: \mathrm{Fe}^{2+} não é consumido no saldo global.
Conclusão: a afirmação é Verdadeira (com a ressalva didática de que são consumidos temporariamente em etapas individuais, mas regenerados no total).