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Questão 107 do ENEM 2022

2º dia · Ciências da Natureza · H24 · Química: Energia de ativação e catálise

A biomassa celulósica pode ser utilizada para a produção de etanol de segunda geração. Entretanto, é necessário que os polissacarídeos sejam convertidos em mono e dissacarídeos, processo que pode ser conduzido em meio ácido, conforme mostra o esquema:

Esquema do mecanismo da hidrólise de polissacarídeos catalisada em meio ácido, mostrando a protonação da ligação glicosídica pelo íon H+, cisão da ligação, ataque nucleofílico da água e regeneração final do íon H+.

OGEDA, T. L.; PETRI, D. F. S. [...] Química Nova, n. 7, 2010 (adaptado).

Nessa conversão de polissacarídeos, a função do íon \ce{H+} é

  1. A
    dissolver os reagentes.
  2. B
    deslocar o equilíbrio químico.
  3. C
    aumentar a velocidade da reação.
  4. D
    mudar a constante de equilíbrio da reação.
  5. E
    formar ligações de hidrogênio com o polissacarídeo.
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Resolução comentada

O esquema mostra o mecanismo da hidrólise da ligação glicosídica em etapas:

  1. O H⁺ é consumido no início: ele se liga ao oxigênio da ligação glicosídica, formando um íon oxônio (O⁺–H).
  2. Com essa protonação, a ligação C–O se rompe com facilidade e surge um carbocátion.
  3. A água ataca o carbocátion, e o oxigênio ganha um H a mais.
  4. Por fim, o H⁺ é liberado e reaparece no final.

Uma espécie que é consumida numa etapa e regenerada no final, sem aparecer na equação global, é um catalisador. O catalisador cria um caminho de reação com menor energia de ativação, e por isso a reação fica mais rápida.

Análise do que o H⁺ não faz:

  • Ele não desloca o equilíbrio nem altera a constante de equilíbrio, pois o catalisador acelera igualmente as reações direta e inversa.
  • Ele não dissolve reagentes: o papel mostrado é o de participar do mecanismo, protonando a ligação.
  • Ele não forma ligações de hidrogênio com o polissacarídeo; a interação mostrada é uma ligação covalente com o oxigênio, que é temporária.

Portanto, a função do H⁺ é aumentar a velocidade da reação.

Alternativa C.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AO esquema mostra o H⁺ participando do mecanismo, não dissolvendo os reagentes.
  • BCatalisador não desloca o equilíbrio, pois acelera igualmente a reação direta e a inversa.
  • DA constante de equilíbrio depende só da temperatura; o catalisador não a altera.
  • EO H⁺ se liga covalentemente ao oxigênio da ligação glicosídica, e não por ligação de hidrogênio.

Assunto: Energia de ativação e catálise.

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