Dissertativa 19 - 2ª Fase - Dia 2 - Unicamp 2025

a) Cálculo da razão entre as velocidades instantâneas e os coeficientes estequiométricos.

A equação química que rege o processo é:

${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_{6\left(\mathrm{aq}\right)}+6 {\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}\to 12 {\mathrm{H}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+6 {\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}$

Os coeficientes estequiométricos indicam que para cada 12 moléculas de H₂ formadas, são produzidas 6 moléculas de CO₂, ou seja, a relação estequiométrica entre os produtos é dada por:

$\mathrm{Razão}=\frac{12 \mathrm{mol} \mathrm{de} {\mathrm{H}}_2}{6 \mathrm{mol} \mathrm{de} {\mathrm{CO}}_2}$

Isso significa que, se a reação estiver ocorrendo de maneira perfeitamente controlada e sem limitações cinéticas, a razão entre as velocidades instantâneas será igual à razão estequiométrica quando a velocidade instantânea do H₂ for o dobro da do CO₂.

Pelo gráfico fornecido na questão, observa-se que a razão entre as velocidades instantâneas de formação dos produtos se iguala no tempo aproximado de 4 horas (velocidade instantânea do ${\mathrm{H}}_2\cong 0,42 \mathrm{mmol} {\mathrm{h}}^{-1}$ e velocidade instantânea do ${\mathrm{CO}}_2\cong 0,21 \mathrm{mmol} {\mathrm{h}}^{-1}$), conforme demonstrado a seguir.

b)

(I) O meio reacional tende a um aumento ou diminuição de temperatura?

A análise do diagrama de energia permite concluir que o processo estudado é endotérmico, pois há absorção de calor durante a reação. Isso significa que a energia necessária para romper as ligações dos reagentes é maior do que a energia liberada na formação dos produtos.

Consequentemente, o meio reacional tende a uma diminuição de temperatura, uma vez que a reação retira calor do ambiente para ocorrer.

A confirmação dessa afirmação pode ser feita pelo cálculo da variação de entalpia (ΔH) do processo:

${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_{6\left(\mathrm{aq}\right)}+6 {\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}\to 12 {\mathrm{H}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}+6 {\mathrm{CO}}_{2\left(\mathrm{g}\right)}$

Sabe-se que:

• A energia envolvida na decomposição da glicose e da água é +2808 kJ.
• A energia liberada na formação dos produtos é -3430 kJ.

O cálculo da variação de entalpia do processo é dado por:

$∆\mathrm{H}=3430-2808\to ∆\mathrm{H}=+622\mathrm{kJ}$

Como ΔH é positivo, isso confirma que o processo absorve energia, ou seja, trata-se de uma reação endotérmica, o que leva ao resfriamento do meio reacional.

(II) Cálculo da entalpia molar de formação da água:

A reação de formação da água pode ser expressa como:

${\mathrm{H}}_2+\frac{1}{2} {\mathrm{O}}_2\to {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} ∆{\mathrm{H}}_{\mathrm{f}}^0=?$

A partir dos dados fornecidos, tem-se:

$\cancel{6 {\mathrm{CO}}_2}+12 {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+6 {\mathrm{O}}_2\to \cancel{6 {\mathrm{CO}}_2}+12 {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} ∆\mathrm{H}=-3430\mathrm{kJ}$

Como há 12 mols de H₂O sendo formados, dividimos o valor total por 12, ou seja, $-\frac{3430}{12}=-285,8\overline{3}$ para obter a entalpia molar:

${\mathrm{H}}_2+\frac{1 }{2}{\mathrm{O}}_2\to {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \boxed{∆{\mathrm{H}}_{\mathrm{f}}^0=-285,8\overline{3} \mathrm{kJ}}$