Questão 73 da FUVEST 2022

1ª fase

As reações de hidrólise de ésteres, quando realizadas em meio aquoso, podem ser catalisadas pela adição de ácido, sendo a reação mais lenta em meios próximos da neutralidade.

Esquema da reação de hidrólise de éster metílico de ácido graxo na presença de água e meio ácido (H+), formando ácido graxo e metanol, com a indicação R = cadeia orgânica.

Duas reações idênticas para a hidrólise desse éster foram realizadas nas mesmas condições, variando apenas o pH do meio: uma delas foi conduzida em \text{pH}=2 e outra em \text{pH}=6. Qual dos seguintes diagramas representa de forma mais adequada a quantidade de ácido graxo formada em função do tempo de reação para as hidrólises em \text{pH}=2 e \text{pH}=6?

  1. A
    Gráfico de quantidade de ácido graxo versus tempo: as curvas para pH=2 e pH=6 partem da origem (zero) e aumentam até o mesmo valor no equilíbrio, sendo que a curva de pH=2 (linha contínua) cresce mais rapidamente do que a curva de pH=6 (linha tracejada).
  2. B
    Gráfico de quantidade de ácido graxo versus tempo: a curva de pH=2 parte do zero e cresce com o tempo, enquanto a curva de pH=6 parte de um valor inicial alto e decresce.
  3. C
    Gráfico de quantidade de ácido graxo versus tempo: as curvas para pH=2 e pH=6 partem do zero e aumentam até o mesmo patamar, sendo que a curva de pH=6 (linha tracejada) cresce mais rapidamente do que a curva de pH=2 (linha contínua).
  4. D
    Gráfico de quantidade de ácido graxo versus tempo: ambas as curvas partem de um valor positivo alto e decrescem com o tempo, com a curva de pH=6 decrescendo mais rapidamente do que a de pH=2.
  5. E
    Gráfico de quantidade de ácido graxo versus tempo: ambas as curvas partem de um valor positivo alto e decrescem com o tempo, com a curva de pH=2 decrescendo mais rapidamente do que a de pH=6.
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Resolução comentada

O ácido (H⁺) é um catalisador: ele diminui a energia de ativação e, por isso, aumenta a velocidade da reação, mas não altera o equilíbrio. Ou seja, a quantidade final de ácido graxo é a mesma nos dois casos; muda só o tempo para chegar lá.

Agora, com os valores do enunciado:

  1. Em \text{pH}=2, a concentração de \ce{H+} é 10^{-2}\ \text{mol/L}.
  2. Em \text{pH}=6, é 10^{-6}\ \text{mol/L}, dez mil vezes menor, próxima da neutralidade.
  3. Mais catalisador em \text{pH}=2 significa reação mais rápida: a curva sobe mais depressa até o patamar.
  4. Em \text{pH}=6, a reação é lenta: a curva sobe devagar, mas chega ao mesmo patamar de equilíbrio.

Como o ácido graxo é produto e no início não há nada dele, a quantidade parte de zero e aumenta com o tempo. Isso elimina os gráficos em que a curva decresce.

O gráfico correto, então, tem as duas curvas saindo da origem, chegando ao mesmo patamar, com a de \text{pH}=2 subindo mais rápido.

Alternativa A.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • Bmostra o ácido graxo já presente no início e decrescendo em pH=6, e os patamares finais diferem; o produto parte de zero e aumenta.
  • Cinverte o efeito do catalisador: coloca a reação em pH=6 mais rápida que a em pH=2.
  • Dtrata o ácido graxo como reagente (quantidade decresce) e ainda põe pH=6 mais rápido.
  • Ea quantidade de ácido graxo decresce, como se fosse reagente, embora o pH=2 seja mais rápido.

Assuntos: catálise ácida, cinética química, equilíbrio químico.

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