Lista_Ex_Un_2_-_Cin_Qmc_Cat_-_2018-2

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA 
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA 
CINÉTICA QUÍMICA E CATÁLISE – 2018-2 
Lista de Exercícios - Unidade 2 
 
ALUNO: ........................................................................................................................................................ 
 
1. A variação da constante de velocidade com a temperatura para a reação de primeira 
ordem: 
2N2O5(g) → 2N2O4(g) + O2(g) 
É dada na tabela seguinte. Determine GRAFICAMENTE a energia de ativação da 
reação e o fator pré-exponencial. 
T (K) k (s
-1
) 
273 7,87 x 10
3
 
298 3,46 x 10
5
 
318 4,98 x 10
6
 
338 4,87 x 10
7
 
 
2. (a) Se para uma dada reação, a constante de velocidade varia significativamente com 
pequenas alterações da temperatura, o que se pode concluir acerca da energia de 
ativação desta reação? (b) Considere uma reação bimolecular que ocorre sempre que 
uma molécula A colide com uma molécula B. O que se pode concluir sobre o fator de 
orientação e a energia de ativação dessa reação? 
 
3. A energia de ativação para a decomposição do cloreto de bezenodiazônio é 99,1 kJ 
mol
-1
. Em que temperatura a velocidade de decomposição será 10% maior do que a 
velocidade a 25
o
C? 
 
4. Que reação responde mais acentuadamente a variação de temperatura, uma que tem 
energia de ativação de 52 kJ mol
-1
 ou outra cuja energia de ativação é de 25 kJ mol
-1
? 
Explique. 
 
5. Um alimento apodrece cerca de 40 vezes mais rápido a 25oC do que quando estocado 
a 4
o
C. Calcule a energia de ativação global para os processos responsáveis para sua 
decomposição. 
 
6. A rodopsina é a proteína que absorve luz na retina iniciando uma cascata de eventos 
químicos que chamamos de visão. A rodopsina bovina sofre uma transição de uma 
forma (metarodopsina I) para outra forma (metarodopsina II), com uma meia-vida de 
600 µs a 37
o
C e de 1s a 0
o
C. Por outro lado, estudos sobre uma retina de rã mostram que 
a mesma transformação tem uma meia-vida que aumenta por apenas um fator de 6 na 
mesma faixa de temperatura. Sugira uma explicação e especule sobre as vantagens que 
essa diferença representa para a sobrevivência das rãs. 
 
7. A variação da frequência de cintilação do vaga-lume e do canto do grilo com a 
temperatura é mostrada na tabela a seguir. 
 
Para os vaga-lumes: 
T (
o
C) 21,0 25,0 30,0 
Cintilações/minuto 9,0 12,16 16,2 
 
Para os grilos: 
T (
o
C) 14,2 20,3 27,0 
Estrilados/minuto 80 126 200 
 
A velocidade de locomoção das formigas e do voo das abelhas em função da 
temperatura são dadas a seguir. 
 
Para as formigas: 
T (
o
C) 10 20 30 38 
Velocidade (cm s
-1
) 0,5 2 3,4 6,5 
 
Para as abelhas: 
T (
o
C) 25 30 35 40 
Velocidade (cm s
-1
) 0,7 1,8 3 ? 
 
(a) O que o vaga-lume e o grilo têm em comum? Quais são suas diferenças? 
(b) Qual a velocidade da abelha a 40 
o
C? E a -5 
o
C? 
(c) Existe alguma coisa em comum entre as abelhas, as formigas, os grilos e os vaga-
lumes? Caso positivo, que coisa é essa? Você pode também fazer a comparação entre 
pares distintos de insetos. 
(d) Dados adicionais ajudariam a esclarecer as relações existentes entre frequência, 
velocidade e temperatura? Caso positivo, em qual temperatura esses dados deveriam ser 
obtidos? Selecione um dos insetos; a seguir, explique como você conduziria os 
experimentos para a obtenção de dados adicionais. 
 
8. As reações pré-bióticas são reações que podem ter ocorrido nas condições terrestres 
antes do surgimento das primeiras criaturas vivas, e podem ter levado à formação de 
moléculas semelhantes às que são essenciais à vida tal como conhecemos. Para ser uma 
reação pré-biótica, é preciso que ela avance com uma velocidade favorável e tenha um 
valor razoável para a constante de equilíbrio. Um exemplo de uma reação pré-biótica é a 
formação de 5-hidroximetiluracila (HMU) a partir de uracila e formaldeído (HCHO). É 
possível formar produtos análogos aos aminoácidos a partir de HMU, em condições pré-
bióticas, através de reações com vários nucleófilos, tais como H2S, HCN, indol e 
imidazol. Para a síntese de HMU em pH = 7, a dependência da constante de velocidade 
em relação à temperatura é dada por: 
 
log k (L mol
-1
 s
-1
) = 11,75 – 5488 / T (K) 
 
e a dependência da constante de equilíbrio em relação a temperatura é dada por: 
 
log K = -1,36 + 1794 / T (K) 
 
(a) Calcule as constantes de velocidade e de equilíbrio em um intervalo correspondente 
a possíveis condições pré-bióticas, tal como entre 0
o
 a 50
o
C e faça o gráfico delas em 
função da temperatura. 
(b) Calcule a energia de ativação, a energia de Gibbs padrão e a entalpia-padrão de 
reação, a 25
o
C. 
(c) É provável que as condições pré-bióticas não sejam as condições padrão. Analise 
possíveis diferenças entre a energia de Gibbs e a entalpia da reação e os valores padrão 
correspondentes. Você espera que a reação ainda seja espontânea? 
 
9. Explique o significado da lei de distribuição de Maxwell-Boltzmann. 
 
10. Discuta o conceito de fator estérico. 
 
11. Ordene os seguintes gases na ordem de aumento de suas velocidades médias numa 
mesma temperatura: O2, N2, H2O, CO2, NO2, 
235
UF6 e 
238
UF6. 
 
12. Calcule a frequência de colisões por unidade de área do hélio a 100 K e 10-6 torr. 
 
13. Calcule o número de moléculas de metano a 25oC e 1 torr que colidem com uma 
superfície de 1,0 cm
2
 em 1 milisegundo. 
 
14. Numa altitude de 150 km, a pressão e a temperatura são aproximadamente 2 x 10-6 
torr e 500 K. Assumindo por simplicidade que o ar consiste apenas de nitrogênio, 
calcule o livre percurso médio nestas condições. Qual é a frequência de colisões média? 
 
15. Considere uma mistura de metano e nitrogênio em um recipiente de 10,0 dm3 a 300 
K com pressões parciais PCH4 = 65,0 mbar e PN2 = 30,0 mbar. Use a equação abaixo 
para calcular a frequência de colisões de uma molécula de metano com as moléculas de 
nitrogênio. Calcule também a frequência de colisões metano-nitrogênio por dm
3
. 
Dados: zCH4 = NN2 σCH4,N2 crel e Z CH4,N2 = NCH4 zCH4 
 
16. Determine as razões entre (a) as velocidades médias e (b) as energias cinéticas 
médias dos átomos de He e dos átomos de Hg, a 20
o
C. 
 
17. A melhor bomba de vácuo de laboratório pode gerar um vácuo de cerca de 1 nTorr. 
Admitindo que o ar seja constituído por moléculas de N2 com diâmetro de colisão de 
395 pm, e que a temperatura seja de 25
o
C, calcule (a) a velocidade média das moléculas, 
(b) o livre percurso médio, (c) a frequência de colisão do gás. 
 
18. O dióxido de nitrogênio reage em fase gasosa produzindo 2NO + O2, numa reação 
bimolecular. A dependência com a temperatura da constante de velocidade da lei 
cinética de formação dos produtos na forma d[P]/dt = k[NO2]
2
 é a da tabela seguinte. 
Qual o fator estérico P e qual a seção eficaz reativa da reação? 
 
T (K) 600 700 800 1000 
K (cm
3
 mol
-1
 s
-1
) 4,6 x 10
2
 9,7 x 10
3
 1,3 x 10
5
 3,1 x 10
6
 
Considere σ = 0,6 x 10
-18
 m
2
. 
 
19. Discuta o significado de estado de transição. Procure exemplos. 
 
20. De que forma a teoria do estado de transição explica o fator estérico? 
 
21. A energia de ativação de Arrhenius e o fator pré exponencial para a reação, 
 
H(g) + Br2(g) → HBr(g) + Br(g) 
 
são 15,5 kJ mol
-1
 e 1,09 x 10
11
 dm
3
 mol
-1
 s
-1
, respectivamente. Quais são os valores de 
∆H
≠
 e ∆S
≠
 a 1000 K com base no estado padrão de 1,00 mol dm
-3
? Assuma 
comportamento de gás ideal. 
 
22. O rearranjo em fase gasosa da reação, 
 
Vinilaliléter → Alilacetona 
 
Tem uma constante de velocidade de 6,015 x 10
-5
 s
-1
 a 420 K e uma constante de 
velocidade 2,971 x 10
-3
 s
-1
 a 470 K. Calcule o valor dos parâmetros de Arrhenius A e 
Ea. Calcule os valores de ∆H
≠
 e ∆S
≠
 a 420 K. Assuma comportamento de gás ideal. 
 
 
23. Para a resolução de uma controvérsia em relação ao mecanismo de reação, 
mediram-se as velocidade de termólise decertos cis-azoalcanos e de trans-azoalcanos. 
A velocidade de decomposição de um cis-azoalcano instável, em etanol, foi 
acompanhada pela medida do N2 desprendido, e daí se calculou a constante de 
velocidade. Os resultados estão na tabela abaixo. Estime a entalpia, a entropia e a 
energia de Gibbs de ativação a -20
o
C. 
 
T (
o
C) -24,82 -20,73 -17,02 -13,00 -8,95 
k (s
-1
) 1,22 x 10
4
 2,31 x 10
4
 4,39 x 10
4
 8,50 x 10
4
 14,3 x 10
4
 
 
24. Calcule a energia de Gibbs, a entalpia e a entropia de ativação (a 300 K) para a 
ligação de um inibidor à enzima anidrase carbônica, utilizando os seguintes dados: 
 
T (K) 289,0 293,5 298,1 303,2 308,0 313,5 
k (10
6
 L mol
-1
 s
-1
) 1,04 1,34 1,53 1,89 2,29 2,84 
 
 25. A conversão do íon fumarato ao íon malato é catalisada pela enzima fumarase: 
 
Fumarato
2-
(aq) + H2O ⇌ malato
2-
(aq) 
 
(a) Apresente um esboço do perfil de reação para essa reação dado que (i) a entalpia 
padrão de formação do complexo fumarato-fumarase a partir do íon fumarato e da 
enzima é 17,6 kJ mol
-1
, (ii) a entalpia de ativação da reação direta é 41,3 kJ mol
-1
, (iii) a 
entalpia padrão de formação do complexo malato-fumarase a partir do íon malato e da 
enzima é -5,0 kJ mol
-1
, (iv) a entalpia padrão da reação é -20,1 kJ mol
-1
. 
(b) Qual é a entalpia de ativação da reação inversa?