Questão 56 da FUVEST 2023

1ª fase

O cientista Richard Feynman, prêmio Nobel de Física em 1965, fez comentários sobre o processo de combustão em uma entrevista chamada Fun to Imagine. Segundo ele, à primeira vista, é impressionante pensar que os átomos de carbono de uma árvore não entram em combustão com o oxigênio da atmosfera de forma espontânea, já que existe uma grande afinidade entre essas espécies para a formação de \ce{CO2}. Entretanto, quando a reação tem início, o fogo se espalha facilmente.

Essa aparente contradição pode ser explicada pois

  1. A
    a reação depende de um processo que concentre o carbono para ocorrer.
  2. B
    o fogo torna a reação desfavorável.
  3. C
    o fogo depende da presença de \ce{CO2} para começar.
  4. D
    o átomo de carbono da árvore é muito mais resistente ao \ce{O2} do que os átomos de carbono dispersos no fogo.
  5. E
    a reação precisa de uma energia de ativação para começar.
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Resolução comentada

A combustão da madeira é uma reação espontânea do ponto de vista termodinâmico: ela libera energia (\Delta H < 0) e forma \ce{CO2}, produto mais estável. Mas ser favorável não significa ser rápida. Para que a reação comece, as ligações dos reagentes precisam ser parcialmente rompidas, e isso exige uma energia mínima, a energia de ativação.

À temperatura ambiente, as moléculas de \ce{O2} e o carbono da árvore quase nunca têm energia suficiente para superar essa barreira. Por isso a árvore não queima sozinha, apesar da grande afinidade entre C e O.

Quando uma faísca ou chama fornece o calor inicial, parte das moléculas ultrapassa a barreira e reage. A própria reação é exotérmica e libera calor, que fornece a energia de ativação para as regiões vizinhas. Assim a reação se automantém e o fogo se espalha facilmente.

Avaliando as alternativas: a reação não precisa concentrar carbono, o fogo não a torna desfavorável, não é preciso \ce{CO2} para iniciá-la, e o carbono é o mesmo átomo dentro ou fora do fogo. Só a barreira de energia de ativação explica a aparente contradição.

Alternativa E.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • Aa combustão não exige concentrar carbono; o que falta no início é energia para superar a barreira.
  • Bo fogo libera calor e mantém a reação favorável, não a torna desfavorável.
  • Co \ce{CO2} é produto da reação, não é necessário para iniciá-la.
  • Do carbono é o mesmo átomo em qualquer situação; a diferença é a temperatura, não a resistência do átomo.

Assuntos: energia de ativação, cinética química, combustão.

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