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Questão 36 do IME 2023

Prova objetiva · Química

O mapa de contorno da figura abaixo é uma representação bidimensional de uma superfície de energia potencial para a reação A + BC \rightarrow AB + C em função das distâncias r_{AB} e r_{BC} entre os átomos A e B e entre B e C, respectivamente. Nesse gráfico, cada uma das linhas cheias indica valores constantes dessa energia e a linha tracejada representa a trajetória da reação.

Superfície de energia potencial bidimensional com eixos r_AB (vertical) e r_BC (horizontal), curvas de contorno de energia potencial e trajetória da reação em linha tracejada passando por uma região circular hachurada na passagem entre os dois vales de energia.

Qual das seguintes opções corresponde à identificação correta da região hachurada para a reação indicada?

  1. A
    Os reagentes A e BC.
  2. B
    Os produtos AB e C.
  3. C
    O complexo ativado ABC.
  4. D
    Os átomos separados A, B e C.
  5. E
    Os íons separados A^+, B^+ e C^+.
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Resolução comentada

Numa superfície de energia potencial, cada eixo é uma distância entre átomos. Os dois "vales" correspondem às moléculas estáveis, e a trajetória da reação liga um vale ao outro passando pelo ponto de sela.

  1. Vale no canto inferior direito: r_{BC} é pequeno e estável, enquanto r_{AB} é grande. Isso significa BC ligado e A distante, ou seja, os reagentes A + BC.
  2. Vale no canto superior esquerdo: r_{AB} é pequeno e estável, e r_{BC} é grande. Isso significa AB ligado e C distante, ou seja, os produtos AB + C.
  3. Pelo desenho, a região hachurada fica na passagem entre os dois vales. Ali as duas distâncias têm valores intermediários, de modo que A–B e B–C estão parcialmente ligados ao mesmo tempo.
  4. Essa região é o ponto de sela, o máximo de energia ao longo do caminho da reação e o mínimo na direção perpendicular a ele. Nele existe a espécie instável A\cdots B\cdots C, chamada complexo ativado ou estado de transição.

Os átomos totalmente separados estariam no canto superior direito, com r_{AB} e r_{BC} ambos grandes. Os íons não aparecem nessa superfície, pois ela não trata de cargas.

Alternativa C.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AOs reagentes A + BC estão no vale inferior direito, com r_{BC} pequeno e r_{AB} grande, e não na região de passagem.
  • BOs produtos AB + C estão no vale superior esquerdo, com r_{AB} pequeno e r_{BC} grande.
  • DOs átomos separados corresponderiam ao canto com r_{AB} e r_{BC} ambos grandes, de energia mais alta, longe da região hachurada.
  • EA superfície não representa íons, e a região hachurada não tem distâncias grandes.

Assuntos: superfície de energia potencial, complexo ativado, cinética química.

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Fonte: IME 2023 · Prova objetiva. Prova oficial ↗