questão: Durante a queima incompleta da gasolina nos motores dos carros, formase monóxido de carbono,
, um gás tóxico. Quando liberado para a atmosfera, o
contribui para a poluição do ar e representa risco à saúde humana.
Sabe-se que esse gás pode ser transformado em dióxido de carbono gasoso,
, uma substância menos tóxica por meio da seguinte reação:
Esse processo acontece em temperaturas elevadas, mas, ainda assim, nos escapamentos dos automóveis, a reação não ocorreria em um intervalo de tempo viável, sem intervenção adicional.
Para tornar essa transformação possível nas condições reais de um veículo em funcionamento, utiliza-se um catalisador automotivo, geralmente composto por metais como platina,
. O catalisador promove essa reação ao acelerar a conversão de
em
, permitindo que ela ocorra com rapidez suficiente antes da liberação dos gases.
Com base no texto e nos conceitos de cinética química, responda:
a) Considere a afirmação “a reação não ocorreria em um intervalo de tempo viável dentro do escapamento”. Do ponto de vista da química, em nível submicroscópico, o que é uma reação química?
b) Considerando que a reação entre
e
não ocorre em um intervalo de tempo viável dentro do escapamento, explique, com base nos conceitos da cinética química, o que isso indica sobre a transformação dos reagentes ao longo do tempo. Em seguida, represente graficamente como a concentração dos reagentes varia ao longo do tempo em uma reação.
c) Por que, segundo a teoria das colisões, nem toda colisão entre
leva à formação de
? Na sua resposta, leve em consideração os aspectos energéticos e de orientação.
d) Explique o papel do catalisador mencionado no texto na reação apresentada, justificando por que ele tem esse efeito. Em seguida, represente em um gráfico qualitativo o perfil da energia potencial ao longo do caminho da reação com e sem catalisador. Indique no gráfico os reagentes, os produtos, o estado de transição e as energias de ativação.
a) Considere a afirmação “a reação não ocorreria em um intervalo de tempo viável dentro do escapamento”. Do ponto de vista da química, em nível submicroscópico, o que é uma reação química?
b) Considerando que a reação entre
c) Por que, segundo a teoria das colisões, nem toda colisão entre
d) Explique o papel do catalisador mencionado no texto na reação apresentada, justificando por que ele tem esse efeito. Em seguida, represente em um gráfico qualitativo o perfil da energia potencial ao longo do caminho da reação com e sem catalisador. Indique no gráfico os reagentes, os produtos, o estado de transição e as energias de ativação.
Passo 1
O enunciado trata da reação
que, sem catalisador, é muito lenta no escapamento dos carros. Vamos usar conhecimentos de cinética química, teoria das colisões e diagramas de energia para:
a) definir o que é reação química em nível microscópico;
b) interpretar o fato de ser lenta em termos de variação de concentração e desenhar graficamente essa variação;
c) explicar, segundo a teoria das colisões, por que nem toda colisão leva a produto;
d) expor o papel do catalisador e fazer um perfil energético com e sem catalisador.
a) definir o que é reação química em nível microscópico;
b) interpretar o fato de ser lenta em termos de variação de concentração e desenhar graficamente essa variação;
c) explicar, segundo a teoria das colisões, por que nem toda colisão leva a produto;
d) expor o papel do catalisador e fazer um perfil energético com e sem catalisador.
Passo 2
a) Em nível submicroscópico, uma reação química é o processo em que moléculas colidem com energia e orientação adequadas, quebram ligações antigas e formam ligações novas, transformando espécies iniciais (reagentes) em outras (produtos). É, em suma, a reorganização de átomos e elétrons entre moléculas quando elas interagem de modo favorável.
Passo 3
b) Dizer que a reação “não ocorreria em tempo viável” significa que, sem catalisador, a taxa de consumo de
e de
é muito pequena: a concentração dos reagentes varia pouquíssimo ao longo do tempo do escapamento. Num gráfico qualitativo de concentração versus tempo, teríamos curvas decrescentes suaves para
e
, como mostrado abaixo:
Tempo →
Concentração ↑
[ ] ————↘
[ ] ————↘
Concentração ↑
[
[
Em palavras, ambas começam em seus valores iniciais e vão caindo lentamente, quase planas, porque a velocidade é muito baixa.
Passo 4
c) Segundo a teoria das colisões, para que uma colisão
produza
ela deve satisfazer dois requisitos:
- ter energia cinética igual ou superior à energia de ativação ), para ultrapassar a barreira energética;
- ocorrer com orientação molecular adequada, de modo que orbitais e regiões de densidade eletrônica entrem em contato formador de nova ligação.
Se faltar energia ou se a orientação for ruim, a colisão é ineficaz e não gera reagentes ativados nem produtos.
Passo 5
d) O catalisador (platina sólida, Pt(s)) adsorve momentaneamente
e
, reduzindo a energia de ativação ao oferecer um mecanismo alternativo de reação em duas ou mais etapas, com estados intermediários ligados à superfície do metal. Isso aumenta muito a frequência de colisões efetivas e acelera a reação, sem ser consumido no processo.
Gráfico qualitativo do perfil de energia potencial ao longo da reação:
↑
│ ____ (sem catalisador)
│ / \
│ ____ / __ (com catalisador)
│ / __/
│ /
│ /
│───┴────────────────────────→ coordenada de reação
R T T
P
(reagentes) (produtos)
│ ____ (sem catalisador)
│ / \
│ ____ / __ (com catalisador)
│ / __/
│ /
│ /
│───┴────────────────────────→ coordenada de reação
R T
(reagentes) (produtos)
Legenda:
• R = reagentes;
• T = estado de transição sem catalisador (pico maior, energia
);
• T = estado de transição com catalisador (pico menor, energia
);
• P = produtos.
• R = reagentes;
• T
• T
• P = produtos.
No esquema, a curva sem catalisador tem um único pico alto, enquanto a catalisada mostra dois picos menores (ou um pico bem menor), indicando
.
Resposta
a) Em nível microscópico, reação química é o processo de colisão de moléculas com energia e orientação suficientes para quebrar ligações e formar novas, transformando reagentes em produtos.
b) A lentidão indica taxa muito baixa: e
caem muito pouco ao longo do tempo. No gráfico, as curvas de concentração decrescem suavemente.
c) Nem toda colisão é reativa porque pode faltar energia ≥ ou a orientação entre moléculas pode ser inadequada, impedindo a formação do complexo ativado.
d) O catalisador fornece via alternativa de menor energia de ativação, adsorvendo reagentes na sua superfície e liberando produtos, acelerando a reação sem consumo próprio. O perfil energético mostra um pico mais baixo com catalisador em comparação ao sem catalisador
.
b) A lentidão indica taxa muito baixa:
c) Nem toda colisão é reativa porque pode faltar energia ≥
d) O catalisador fornece via alternativa de menor energia de ativação, adsorvendo reagentes na sua superfície e liberando produtos, acelerando a reação sem consumo próprio. O perfil energético mostra um pico mais baixo com catalisador