Verifique se as seguintes afirmações são verdadeiras ou falsas. Justifique sua resposta em cada caso, de forma sucinta.
Na catálise homogênea, a duplicação da concentração do catalisador não alterará a velocidade.
Passo 1
O enunciado afirma: “Na catálise homogênea, a duplicação da concentração do catalisador não alterará a velocidade.”
O que preciso decidir: verificar se essa afirmação é verdadeira ou falsa e justificar a resposta de forma sucinta.
Informações dadas (explícitas ou implícitas): temos catálise homogênea (o catalisador está na mesma fase dos reagentes) e a proposição sobre o efeito de dobrar [\text{Cat}] — a concentração do catalisador — sobre a velocidade da reação.
Passo 2
O que é relevante saber (explicação curta e direta): em catálise o catalisador participa de passos do mecanismo, forma espécies intermediárias e é regenerado no final. A velocidade observada da reação depende do mecanismo e dos passos lentos (passo limitante). Em muitos mecanismos catalíticos elementares o termo de velocidade inclui a concentração do catalisador; em outros, pode não incluir. Vamos ver um caso típico para entender por que.
Passo 3
Modelo simples e muito usado para ilustrar catálise homogênea (duas etapas):
Etapa rápida de complexação (pré-equilíbrio)
\text{S} + \text{Cat} \rightleftharpoons \text{S}\cdot\text{Cat}\quad\text{(constante de equilíbrio }K)
Aqui: \text{S} = substrato, \text{Cat} = catalisador, \text{S}\cdot\text{Cat} = complexo catalítico, \text{P} = produto, K = constante de equilíbrio da primeira etapa, k_2 = constante de velocidade da etapa lenta.
Passo 4
A partir desse mecanismo, escrevemos a velocidade da etapa lenta (a que determina a velocidade global):
v = k_2[\text{S}\cdot\text{Cat}]
Usando o pré-equilíbrio, a concentração do complexo é
Interpretação: para esse mecanismo típico a velocidade é proporcional à concentração do catalisador, ou seja, é de primeira ordem em [\text{Cat}]. Assim, dobrar [\text{Cat}] duplica v (mantidas as demais concentrações e condições).
Passo 5
Exemplo numérico rápido para fixar a ideia: suponha k_2K[\text{S}]=10. Então
v = 10\,[\text{Cat}].
Se [\text{Cat}]=0{,}01 então v=0{,}1. Se dobrarmos para [\text{Cat}]=0{,}02 então v=0{,}2: velocidade dobrada.
Passo 6
Conclusão geral e exceções (importante):
Em geral a afirmação é falsa. Na maioria dos mecanismos catalíticos homogêneos a velocidade depende da concentração do catalisador (como vimos), portanto dobrar [\text{Cat}] altera a velocidade (normalmente dobra).
Entretanto existem exceções: se o passo determinante da velocidade não envolve o catalisador, a velocidade pode ser independente de [\text{Cat}]; ou se houver fenômenos práticos (desativação, dimerização do catalisador, limitações por transporte de massa) a resposta pode ser diferente; em mecanismos complexos a dependência pode ser não linear (ordens diferentes de zero, de primeira, etc.). Mas a proposição dada, formulada de forma absoluta (“não alterará”), é falsa como regra geral.