(UFSM-RS) Segundo alguns cientistas, a camada de ozônio, importante filtro dos raios ultravioleta provenientes do Sol, pode sofrer decomposição em função dos óxidos de nitrogênio emitidos pelos automóveis, de acordo com o mecanismo:
\begin{aligned} \mathrm{O}_{3}(\mathrm{~g})+\mathrm{NO}(\mathrm{~g}) & \longrightarrow \mathrm{O}_{2}(\mathrm{~g})+\mathrm{NO}_{2}(\mathrm{~g}) \\\ \mathrm{NO}_{2}(\mathrm{~g})+\mathrm{O}_{3}(\mathrm{~g}) & \longrightarrow 2 \mathrm{O}_{2}(\mathrm{~g})+\mathrm{NO}(\mathrm{~g}) \end{aligned}
Com relação a esse mecanismo, pode-se afirmar:
I. Trata-se de uma catálise heterogênea.
II. O NO (g) atua diminuindo a energia de ativação no processo de decomposição do ozônio.
III. O NO (g) não é consumido no decorrer da reação.
Está(ão) correta(s):
a) apenas I.
b) apenas II.
c) apenas III.
d) apenas II e III.

Passo 1

O enunciado nos dá o seguinte mecanismo (duas etapas elementares):
\mathrm{O}_{3}(\mathrm{g})+\mathrm{NO}(\mathrm{g}) \longrightarrow \mathrm{O}_{2}(\mathrm{g})+\mathrm{NO}_{2}(\mathrm{g})
\mathrm{NO}_{2}(\mathrm{g})+\mathrm{O}_{3}(\mathrm{g}) \longrightarrow 2\,\mathrm{O}_{2}(\mathrm{g})+\mathrm{NO}(\mathrm{g})
E pede que avaliemos a veracidade das afirmações:
I. Trata-se de uma catálise heterogênea.
II. O \mathrm{NO}(\mathrm{g}) atua diminuindo a energia de ativação no processo de decomposição do ozônio.
III. O \mathrm{NO}(\mathrm{g}) não é consumido no decorrer da reação.
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado:
  • As duas etapas mostram todas as espécies como gás: \mathrm{O}_{3}(\mathrm{g}), \mathrm{NO}(\mathrm{g}), \mathrm{NO}_{2}(\mathrm{g}), \mathrm{O}_{2}(\mathrm{g}).
  • As equações mostram participação de \mathrm{NO} e \mathrm{NO}_{2} em etapas distintas.
A partir daqui a resolução começa de fato.

Passo 2

O que é catálise heterogênea vs homogênea (explicação didática, sem pular passos)?
  • Catálise homogênea: o catalisador está na mesma fase dos reagentes (por exemplo, todos gases ou todos em solução líquida).
  • Catálise heterogênea: o catalisador está em fase diferente dos reagentes (por exemplo, reagentes gasosos reagindo na superfície de um sólido catalítico).
Como aplicar isso ao mecanismo: examine as fases das espécies fornecidas. No mecanismo todas as espécies estão indicadas como gás: \mathrm{O}_{3}(\mathrm{g}), \mathrm{NO}(\mathrm{g}), \mathrm{NO}_{2}(\mathrm{g}), \mathrm{O}_{2}(\mathrm{g}). Portanto o catalisador (se existir) estaria na mesma fase (gás). Conclusão provisória: não é catálise heterogênea; seria homogênea se \mathrm{NO} for catalisador.

Passo 3

O que faz um catalisador? (aula curta e prática)
  • Definição simples: um catalisador facilita a reação aumentando a velocidade sem ser consumido permanentemente; ele fornece um caminho alternativo com menor energia de ativação.
  • Como reconhecer, na prática de prova: se uma espécie aparece nos reagentes de uma etapa e reaparece nos produtos de outra etapa (ou aparece no produto final), ela geralmente está sendo regenerada e, portanto, age como catalisador.
  • Importante: um catalisador reduz a energia de ativação (EA) da reação global porque fornece um mecanismo alternativo; não é necessário calcular EA numérico aqui — o fato de existir um mecanismo em etapas já caracteriza a possibilidade de um caminho com EA diferente do caminho direto.

Passo 4

Verificação direta da regeneração do \mathrm{NO} (passo a passo das contas): some as duas etapas para obter a reação global e ver o que é consumido e o que é regenerado.
Escrevemos as duas etapas:
\text{Etapa 1:}\quad \mathrm{O}_{3}(\mathrm{g})+\mathrm{NO}(\mathrm{g}) \longrightarrow \mathrm{O}_{2}(\mathrm{g})+\mathrm{NO}_{2}(\mathrm{g})
\text{Etapa 2:}\quad \mathrm{NO}_{2}(\mathrm{g})+\mathrm{O}_{3}(\mathrm{g}) \longrightarrow 2\,\mathrm{O}_{2}(\mathrm{g})+\mathrm{NO}(\mathrm{g})
Some membro a membro: do lado dos reagentes temos \mathrm{O}_3+\mathrm{NO}+\mathrm{NO}_2+\mathrm{O}_3 (mas veja que a \mathrm{NO}_2 aparece apenas no segundo reagente porque foi produzida na etapa 1 e consumida na etapa 2), do lado dos produtos temos \mathrm{O}_2+\mathrm{NO}_2+2\mathrm{O}_2+\mathrm{NO}. Agora cancele espécies que aparecem em ambos os lados:
  • \mathrm{NO}_2(\mathrm{g}) aparece como produto da etapa 1 e reagente da etapa 2 → é uma espécie intermediária (aparece e some no mecanismo). Cancela-se.
  • \mathrm{NO}(\mathrm{g}) aparece como reagente na etapa 1 e como produto na etapa 2 → cancela-se também no balanço global (ou seja, é regenerado).
Depois do cancelamento a reação global fica:
2\,\mathrm{O}_{3}(\mathrm{g}) \longrightarrow 3\,\mathrm{O}_{2}(\mathrm{g})
Interpretação clara: \mathrm{NO} participa do mecanismo (ajuda na transformação do \mathrm{O}_3) mas é regenerado no final — logo não é consumido permanentemente. Isso é a marca de um catalisador.

Passo 5

Avaliação das afirmações com base nas explicações e contas:
  • I. “Trata-se de uma catálise heterogênea.” — FALSA. Todos os participantes estão na fase gasosa, logo, se há catálise, é homogênea, não heterogênea.
  • II. “O \mathrm{NO}(\mathrm{g}) atua diminuindo a energia de ativação no processo de decomposição do ozônio.” — VERDADEIRA. Justificativa: \mathrm{NO} fornece um caminho em duas etapas para a decomposição (via formação de \mathrm{NO}_2), ou seja, existe um mecanismo alternativo; por definição de catalisador, ele possibilita um caminho com menor energia de ativação do que o caminho direto (mesmo que não tenhamos valores numéricos, o fato de haver um mecanismo catalítico implica redução da energia de ativação).
  • III. “O \mathrm{NO}(\mathrm{g}) não é consumido no decorrer da reação.” — VERDADEIRA, no sentido global da reação: embora \mathrm{NO} seja consumido na primeira etapa, ele é regenerado na segunda etapa; portanto não é consumido no balanço global (é um catalisador).

Passo 6

Dica prática para a prova (bem direto, como um amigo):
  • Sempre some as etapas do mecanismo para ver quais espécies são intermediárias (aparecem e desaparecem) e quais são catalisadores (aparecem nos reagentes de uma etapa e reaparecem nos produtos de outra).
  • Para distinguir catálise homogênea/heterogênea, verifique as fases (g, l, s). Se forem diferentes, é heterogênea; se iguais, é homogênea.
  • Frase de ânimo: você já conseguiu identificar regeneração e reação global — é exatamente o que a prova costuma pedir. Vai dar certo!

Resposta

d)

Exercícios relacionados