Aula 16 - Cinética Química teoria das colisões e do complexo ativado

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Professor(a): Antonino
assunto: CinétiCA QuímiCA – teoriA dAs Colisões e do Complexo AtivAdo
frente: QuímiCA ii
OSG.: 120772/17
AULA 16
EAD – MEDICINA
Resumo Teórico
Introdução
Como ocorrem as reações químicas?
Vejamos a reação H
2(g)
 + I
2(g)
 → 2 HI
(g)
, ocorrendo em altas 
temperaturas (em torno de 500 °C). A teoria das colisões nos mostra 
que só haverá reação quando as partículas reagentes (moléculas, 
íons etc.) se chocarem. Mas não é qualquer colisão que gera reação 
química. Para uma colisão ser efetiva ou eficaz (conseguir realmente 
formar produtos) devemos ter:
• Geometria favorável: orientação espacial apropriada;
• Energia suficiente: choques com pouca energia não geram 
reações químicas.
Outro fator que também deve influenciar na ocorrência e na 
velocidade de uma reação é a frequência de colisões: quanto maior 
o número de colisões na unidade de tempo, maior a velocidade das 
reações.
Esquematicamente, o processo ocorre da seguinte forma:
1) Os reagentes, H
2
 e I
2
, moléculas gasosas que se movem em grandes 
velocidades, podem, em algum momento, se aproximar:
I
I
H
H
 
2) Uma vez conseguindo a aproximação, pode ocorrer uma colisão 
(quando a colisão forma produtos, é dita efetiva ou eficaz). 
A colisão deve ter energia suficiente e geometria favorável:
I
I
H
H
3) Ao final, os produtos formados (duas moléculas de 2 HI gasosas) 
se afastam, prosseguindo em movimento com alta velocidade:
H
I
H
I
 
Um aperfeiçoamento da Teoria das Colisões é a teoria do 
complexo ativado. Esta nos sugere que, ao colidirem, as partículas 
reagentes busquem a formação de uma espécie intermediária 
instável, de mais alta energia, chamada estado de transição ou 
complexo ativado. Após a formação do complexo ativado os 
produtos finalmente são gerados. Observe o esquema a seguir.
1) É o mesmo passo inicial do esquema anterior, ou seja, os reagentes, 
H
2
 e I
2
, moléculas gasosas que se movem em grandes velocidades, 
podem, em algum momento, se aproximar e colidir:
H
H I
I
2) Ocorre a formação de um estado de transição, também conhecido 
como complexo ativado, uma espécie de menor estabilidade que 
reagentes e produtos, e portanto, de maior energia. A formação 
do complexo ativado será determinante para a velocidade de 
uma reação, e a energia necessária para alcançá-lo é denominada 
energia de ativação.
I
IH
H
3) Finalmente, o complexo ativado é desfeito e os produtos são 
formados. Observe que, no complexo ativado, as ligações dos 
reagentes ainda não foram completamente desfeitas, nem as dos 
produtos foram totalmente formadas:
I
H
I
H
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Módulo de estudo
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Graficamente, temos a seguinte interpretação:
Complexo ativado
Entalpia (kcal)
2HI
Caminho da reação
Energia de ativação
∆H = – 6 kcal/mol
H
reagentes
H
produtos
H
2
 + I
2
E
at
 = 40 kcal/mol
Note que existe uma “barreira energética” a ser vencida 
para a formação do complexo ativado, chamada de energia de 
ativação (E
at
). Podemos usar a seguinte definição:
“Energia de ativação é a energia mínima necessária para 
que ocorra uma colisão efetiva entre as partículas reagentes, 
visando à formação de produtos”.
Observações:
• Normalmente, reações mais rápidas são as de menores 
valores em suas energias de ativação.
• A função do catalisador é criar um novo caminho 
reacional de mais baixa energia de ativação, sem ser 
consumido durante o processo e sem alterar o valor de 
∆H da reação.
• Uma reação é dita de autocatálise quando um de seus 
produtos atua como catalisador. A reação inicia lenta. 
À medida que os produtos vão aparecendo, ela vai 
tornando-se mais rápida.
• Inibidor, antigamente chamado catalisador negativo, 
é uma substância que tem ação inversa à de um 
catalisador, ou seja, diminui a velocidade da reação. 
Alguns autores justificam tal fato alegando que o 
inibidor cria uma reação paralela à reação principal, 
diminuindo a velocidade desta última pela redução da 
frequência de colisões da reação original. Veja que o 
inibidor é consumido na reação em que participa. A 
função principal dos inibidores, porém, se encontra 
na ação como conservante de alimentos, bebidas, 
cosméticos e toda espécie de produtos perecíveis.
• Promotores ou ativadores são substâncias que 
aumentam a eficácia do processo catalítico, sem, contudo, 
atuarem isoladamente na reação original. Assim, só atuam 
na presença de um catalisador já existente. A síntese da 
amônia pode ser catalisada por ferro. Se adicionarmos ao 
ferro K
2
O, a ação catalítica do ferro será mais eficiente. 
Então, dizemos que o K
2
O atua como promotor ou ativador.
• Veneno é uma espécie química que diminui a atividade 
catalítica, podendo até mesmo anulá-la por completo. 
Como exemplo, podemos utilizar arsênio junto ao ferro 
do exemplo anterior. Ele diminui a eficiência do catalisador 
e, portanto, é chamado veneno (ou anticatalisador).
• Chama-se tempo de meia-vida (t
1/2
) o tempo necessário 
para que a concentração do reagente se reduza à metade. 
Em uma reação de 1ª ordem o valor de t
1/2
 é dado por:
t
k
1 2
2
/
ln
=
Exercícios
01. (FGV) Os automóveis são os principais poluidores dos centros 
urbanos. Para diminuir a poluição, a legislação obriga o uso 
de catalisadores automotivos. Eles viabilizam reações que 
transformam os gases de escampamento dos motores, óxidos de 
nitrogênio e monóxido de carbono, em substâncias bem menos 
poluentes. Os catalisadores _________ a energia de ativação da 
reação no sentido da formação dos produtos, _________ a energia 
de ativação da reação no sentido dos reagentes e _________ no 
equilíbrio reacional.
 No texto, as lacunas são preenchidas, correta e respectivamente, 
por:
A) diminuem – aumentam – interferem.
B) diminuem – diminuem – não interferem.
C) diminuem – aumentam – não interferem.
D) aumentam – diminuem – interferem.
E) aumentam – aumentam – interferem.
02. (Unesp – modificada) Sobre catalisadores, são feitas as quatro 
afirmações seguintes.
I. Quando estão na mesma fase dos reagentes, a catálise é dita 
homogênea;
II. Reduzem a energia de ativação da reação;
III. As reações nas quais atuam não ocorreriam na sua ausência;
IV. Enzimas são catalisadores biológicos.
 Dentre as afirmações, estão corretas, apenas:
A) I e II B) II e III
C) I, II e III D) I, II e IV
E) II, III e IV
03. (UEG) Durante a manifestação das reações químicas, ocorrem 
variações de energia. A quantidade de energia envolvida está 
associada às características químicas dos reagentes consumidos 
e dos produtos que serão formados. O gráfico abaixo representa 
um diagrama de variação de energia de uma reação química 
hipotética em que a mistura dos reagentes A e B levam à 
formação dos produtos C e D.
Entalpia (kJ)
C+D
A+B
60
35
20
-10
Caminho da Reação
 Com base no diagrama, no sentido direto da reação, conclui-se 
que a:
A) energia de ativação da reação sem o catalisador é igual a 15 
kJ.
B) energia de ativação da reação com o catalisador é igual a 40 
kJ.
C) reação é endotérmica.
D) variação de entalpia da reação é igual a –30 kJ.
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Módulo de estudo
04. (UFU) Acredita-se que a decomposição do peróxido de hidrogênio, 
na presença de íons iodeto, acontece pelo seguinte mecanismo:
H
2
O
2(aq)
 + I–
(aq)
 → H
2
O
(I)
 + IO–
(aq)
H
2
O
2(aq)
 + IO–
(aq)
 → H
2
O
(I)
 + O
2(g)
 + I–
(aq)
 Na proposta de mecanismo, I–(aq) é:
A) um produto da reação global. 
B) um reagente da reação global.
C) o complexo ativado do mecanismo. 
D) um catalisador.
05. (UEL) Alguns tipos de vidros destinados à construção civil são 
autolimpantes devido à presença de filmes nanoestruturados 
depositados em sua superfície. Vidros com filmes de TiO
2
, que 
apresentam propriedades fotocatalíticas, quando submetidos à 
radiação ultravioleta proveniente do sol, auxiliam na decomposição 
de compostosorgânicos aderidos na superfície do vidro. A reação a 
seguir é um exemplo de decomposição de um composto orgânico 
na presença de radiação ultravioleta (UV) catalisado por TiO
2
.
 Composto orgânico
(s)
 + 26 O
2(g)
 
luz UV + TiO
2
 
luz UV + TiO
2 18 CO
2(g)
 + 18 H
2
O
(l)
 Com respeito a essa reação, considere as afirmativas a seguir.
I. Na reação de decomposição, observa-se a oxidação dos átomos 
de carbono presentes no composto orgânico;
II. O composto orgânico é o ácido octadecanoico;
III. O catalisador TiO
2
 diminui a energia de ativação da reação de 
decomposição do composto orgânico;
IV. O catalisador TiO
2
 aumenta o rendimento da reação.
 Assinale a alternativa correta.
A) Somente as afirmativas I e II são corretas.
B) Somente as afirmativas I e IV são corretas.
C) Somente as afirmativas III e IV são corretas.
D) Somente as afirmativas I, II e III são corretas.
E) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas.
06. (Uece) Considere a reação: H
2
 + I
2
 → 2 HI.
I
I
I IH
HH
H
H
H
I
I
I II III
Daí podemos afirmar, corretamente, que:
A) a figura I mostra a formação do complexo ativado.
B) as moléculas de H
2
 e I
2
 estão em posições favoráveis para 
ocorrer a colisão efetiva, na figura II.
C) a velocidade da reação depende do número de moléculas que 
possuam energia menor que a energia de ativação.
D) a figura III registra a formação das novas ligações, com o 
produto formado (HI) possuindo energia menor do que a do 
complexo ativado.
07. (UFMG) Considerando-se o papel do catalisador numa reação 
reversível, é correto afirmar que:
A) a velocidade da reação é independente da concentração do 
catalisador.
B) o catalisador acelera apenas a reação direta.
C) o catalisador desloca o equilíbrio no sentido de formar mais 
produtos, à mesma temperatura.
D) o catalisador é consumido e regenerado durante a reação.
08. (UFRGS) Para a obtenção de um determinado produto, realiza-se 
uma reação em 2 etapas. O caminho dessa reação é representado 
no diagrama abaixo.
En
er
gi
a
Etapa 1 Etapa 2
Reagentes
Produtos
Caminho da reação
Considere as afirmações abaixo, sobre essa reação.
I. A etapa determinante da velocidade da reação é a etapa 2;
II. A reação é exotérmica;
III. A energia de ativação da etapa 1 é maior que a energia de ativação 
da etapa 2.
Quais estão corretas?
A) Apenas I. B) Apenas II.
C) Apenas III. D) Apenas II e III.
E) I, II e III.
09. (UnB-DF) Julgue os itens a seguir, a respeito de cinética química 
da reação:
2 H
2
O
2(l)
 → 2 H
2
O
(l)
 + O
2(g)
 ∆Ho < 0
A) Todas as moléculas de oxigênio participantes da reação 
apresentada têm a mesma energia cinética, que é proporcional 
à temperatura do sistema.
B) Na reação apresentada, a elevação da temperatura aumenta o 
número de moléculas de peróxido de hidrogênio com energia 
suficiente para reagirem.
C) O uso de catalisadores permite aumentar a velocidade de 
degradação do peróxido de hidrogênio por meio da formação de 
um estado ativado diferente daquele da reação não catalisada.
D) A reação apresentada possui energia de ativação diferente de 
zero, mesmo sendo ela uma reação exotérmica.
10. (UFMG) Um palito de fósforo não se acende, espontaneamente, 
enquanto está guardado. Porém, 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, é correto afirmar que a 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.
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Módulo de estudo
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11. (Uece) Assinale a alternativa correta.
A) A proposta do mecanismo de uma reação química deve ser 
compatível com a lei de velocidade determinada teoricamente.
B) A velocidade de uma reação química pode ser aumentada pela 
adição de um catalisador que interage com os reagentes para 
aumentar a energia de ativação.
C) A lei de velocidade de uma reação química normalmente dá 
a relação entre a velocidade da reação, as concentrações dos 
reagentes envolvidos e a constante de velocidade K.
D) Quando um catalisador é adicionado em uma reação química 
ele aparece na equação estequiométrica total da reação.
12. (PUC–SP) A decomposição do peróxido de hidrogênio (H
2
O
2
) em 
solução aquosa (água oxigenada) é catalisada pela adição de uma 
gota de bromo (Br
2
) à solução.
2 22 2 2 22H O H O Oaq
Br
g( ) ( ) ( )� ��� �l
O mecanismo proposto para o processo ocorre em duas etapas.
Br H O Br H Oaq aq aq g2 2 2 22 2( ) ( ) ( ) ( ) ( )l � � � �� �
2 2 22 2 2 2Br H H O Br H Oaq aq aq( ) ( ) ( ) ( ) ( )
� �� � � �
l l
 O caminho da reação na presença e na ausência de catalisador é 
representado no gráfico a seguir.
Ausência de
Br
2
(�)
Presença de
Br
2
(�)
Energia
+O
22H2O2
+O
22H2O2
2 H
2
O(�)
Coordenada de reação
+ o
2(g)
 
 
aq( )
 Sobre a decomposição do peróxido de hidrogênio em solução 
aquosa é incorreto afirmar que:
A) independentemente da ação do catalisador, a reação é 
exotérmica.
B) apesar de o bromo (Br
2
) reagir com o H
2
O
2
 na primeira etapa 
do mecanismo proposto, ele é totalmente regenerado durante 
a segunda etapa, não sendo consumido durante o processo.
C) a presença do bromo altera a constante de equilíbrio do 
processo, favorecendo a formação do oxigênio e da água.
D) na primeira etapa do mecanismo proposto, o Br
2(l)
 é 
reduzido a Br aq( )
− e na segunda etapa, o ânion Br aq( )
− é oxidado 
a Br
2(l)
E) a ação do catalisador possibilita um novo mecanismo de reação, 
que apresenta menor energia de ativação, aumentando a 
velocidade do processo.
13. (Uece) Funciona como catalisador
A) o ácido sulfúrico em reações de esterificação:
H C
H
H
C
O
OH
C C OHH
HH
HH
+ H2SO4 H2O + H C
H
H
C
O
O C C H
H H
HH
B) o calor na reação de halogenação de hidrocarbonetos 
saturados:
 
H C
H
H
H + C�2 HC� + H C
H
H
C� calor
C) a pressão na reação de síntese da amônia a partir dos gases 
nitrogênio e hidrogênio:
 H
2
 + 3 H
2
 press oã� ⇀����↽ ����� 2 NH3 
D) a luz na reação de síntese que tem como reagentes hidrogênio 
e cloro moleculares, H
2
 e Cl
2
.
H
2
 + Cl
2
 luz� �� 2 HCl
14. (UFPR) A reação de hidrólise de acetilcolina, esquematizada abaixo, 
é fundamental na transmissão de impulsos nervosos nos seres vivos. 
A reação é promovida pela enzima acetilcolinesterase (AChE).
N AChE
Acetilcolina Colina Ácido acético
O
+
N +
OH HO
O
+
 Considere as seguintes afirmativas sobre o papel de AChE nessa 
reação:
I. AChE é catalisador da reação;
II. AChE aumenta a energia de ativação da reação;
III. AChE promove caminhos reacionais alternativos;
IV. AChE inibe a formação de intermediários.
 Assinale a alternativa correta.
A) Somente as afirmativas I, II e IV são verdadeiras.
B) Somente as afirmativas I, II e III são verdadeiras.
C) Somente as afirmativas III e IV são verdadeiras.
D) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras.
E) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.
15. (PUC–SP) Considere uma reação genérica em que os reagentes D 
e G transformam-se no produto J. A cinética dessa reação pode 
ser estudada a partir do gráfico a seguir que representa a entalpia 
de reagentes e produtos, bem como das espécies intermediárias 
formadas durante o processo. No gráfico, estão representados os 
caminhos da reação na presença e na ausência de catalisador.
D+G
Gráfico Cinética Química na Influência do Catalisador
Caminho da Reação
En
er
gi
a
x
y
zJ
 Um aluno ao analisar esse gráfico fez algumas afirmações a 
respeito da reação D + G → J:
I. z representa a variação de entalpia (∆H) dessa reação;
II. y representa a energia de ativação dessa reação na presença 
de catalisador;
III.x + z representa a energia de ativação dessa reação na ausência 
de catalisador;
IV. Essa reação corresponde a um processo endotérmico.
 Estão corretas apenas as afirmações:
A) I e II B) I e III
C) II e III D) II e IV
E) I, III e IV
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Resolução
01. Sabe-se que catalisadores aceleram as reações, pois criam novos 
caminhos reacionais de menores energias de ativação, tanto para 
a reação direta quanto para a reação inversa. Sabe-se também 
que catalisadores não alteram a posição de equilíbrio. 
Resposta: B
02.
I. Correto. Esta definição é a de catálise homogênea.
II. Correto. Os catalisadores criam novos caminhos reacionais de 
mais baixa energia de ativação.
III. Falso. Os catalisadores tornam reações que já existem mais 
rápidas. Sem o uso desses, as reações continuariam a ocorrer, 
porém de modo mais lento.
IV. Correto. Enzimas são catalisadores presentes em sistemas 
bioquímicos. 
Resposta: D
03. Pelo gráfico, o cálculo da variação de entalpia é dado por: 
∆H = H
prod
 – H
reag
 = (–10) –20 = –30 kJ
O cálculo da energia de ativação da reação direta sem 
catalisador é dado por (chamamos o complexo ativado de CA): 
Eat = H
CA
 – H
reag
 = 60 – 20 = 40 kJ. 
O cálculo da energia de ativação da reação direta com 
catalisador é dado por (chamamos o complexo ativado de CA): 
Eat = H
CA
 – H
reag
 = 35 – 20 = 15 kJ. 
Resposta: D
04. Notamos que a espécie I – é consumida na 1ª etapa e é regenerada 
na mesma proporção na 2ª etapa. Logo, essa espécie atua como 
catalisador. 
Resposta: D
05. Pela conservação dos átomos nos reagentes e produtos, a fórmula 
do composto orgânico é dada por C
18
H
36
O
2
. Então:
I. Correto. Ao reagir com o oxigênio (agente oxidante), os 
átomos de carbono se oxidam e alcançam no CO
2
 seu nox 
máximo (+4).
II. Correto. A fórmula sugere o ácido carboxílico de cadeia 
saturada com 18 carbonos.
III. Correto. A função do catalisador é buscar um novo caminho 
reacional de menor energia de ativação.
IV. Falso. Catalisadores não deslocam a posição de equilíbrio e, 
portanto, não modifica o rendimento do processo. 
Resposta: D
06. A figura I mostra a aproximação entre as moléculas, que se 
chocam com geometria favorável e energia suficiente e formam 
o complexo ativado em II. O complexo ativado é o estado de mais 
alta energia. Em III observamos a formação das moléculas dos 
produtos, que se afastam após a colisão efetiva ter ocorrido. 
Resposta: D
07. Numa reação reversível em sistema homogêneo, o catalisador é 
inicialmente consumido para ser posteriormente regenerado. 
Resposta: D
08. 
I. Falso. A reação possui duas etapas e a etapa lenta 
(determinante da velocidade) é a primeira, pois possui maior 
energia de ativação.
II. Correto. Como o nível de energia dos produtos é menor que 
o dos reagentes, temos que ∆H < 0.
III. Correto. Veja o comentário do item I. 
Resposta: D
09. 
A) Falso. Um gás, em certa temperatura, possui a mesma energia 
cinética média, embora as moléculas, individualmente, possam 
ter energias cinéticas (e velocidades) diferentes a cada instante.
B) Correto. O aumento da temperatura aumenta o número de 
moléculas com energia suficiente para superar a energia de 
ativação.
C) Correto. Os catalisadores criam novos mecanismos reacionais 
de mais baixa energia de ativação, com diferentes etapas, 
complexos ativados e energias de ativação.
D) Correto. Por isso a necessidade de catalisadores ou de uma 
ignição inicial.
10. Como a reação, conforme o enunciado, libera calor, ela é 
exotérmica. O atrito deve fornecer energia suficiente para que 
as partículas reagentes superem a energia de ativação da reação. 
Resposta: D
11. 
A) Falso. A proposta de mecanismo deve ser compatível com a 
lei de velocidade determinada experimentalmente.
B) Falso. O catalisador cria um novo mecanismo reacional de mais 
baixa energia de ativação e proporciona maior velocidade de 
formação dos produtos em uma reação.
C) Correto. A lei de velocidade de uma reação R → P, pode ser 
expressa genericamente por: v = k.[R]n, onde n é um expoente 
determinado experimentalmente.
D) Falso. O catalisador pode aparecer, ou não, na lei de velocidade 
de uma reação química. 
Resposta: C
12. 
A) Correto. O catalisador não influencia no ∆H de uma reação.
B) Correto. O catalisador participa da reação, conforme visto 
no mecanismo proposto, mas não é consumido no processo 
global.
C) Falso. A constante de equilíbrio de uma reação em particular, 
assim como a de velocidade, só varia com a temperatura.
D) Correto. O mecanismo proposto consome Br
2
 em uma etapa 
e o regenera em outra.
E) Correto. É o motivo de se utilizar um catalisador. 
Resposta: C
13. Devemos lembrar que o catalisador deve ser uma espécie química 
(por exemplo: um íon, uma molécula, uma liga metálica), mas 
não pode ser uma forma de energia, como luz, calor, ou outra 
manifestação sobre o sistema, como pressão. 
Resposta: A
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14. 
I. Correto. Conforme o texto, AChE é uma enzima e, portanto, 
atua como catalisador.
II. Falso. Catalisador cria um novo caminho reacional de menor 
energia de ativação.
III. Correto. Veja o comentário anterior.
IV. Falso. Quando o catalisador cria um novo caminho reacional 
novas espécies intermediárias são formadas para explicar esse 
novo mecanismo. 
Resposta: E
15. 
I. Correto. Z representa a diferença entre os níveis de energia 
de produtos e reagentes.
II. Correto. O processo é mostrado em dois caminhos: um sem 
catalisador, de uma única etapa e com energia de ativação 
valendo X, e outro, com catalisador, apresentando 4 etapas, 
sugerindo uma energia de ativação da reação global (distância 
entre os reagentes e o complexo ativado de maior energia) 
igual a Y.
III. Falso. (X + Z) representa a energia de ativação sem catalisador, 
mas para a reação inversa.
IV. Falso. Como o nível de energia dos produtos é menor que o 
dos reagentes, temos que ∆H < 0 (processo exotérmico). 
Resposta: A