--- title: "A catálise" book: "Química dos ensinos fundamental e médio" subject: chemistry language: pt chapter: 42 exercises: 15 source: https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/42-a-catalise license: CC-BY-NC-SA-4.0 credit: "One Chemistry Book, One Course (one-course.com)" --- # Capítulo 42 — A catálise Um frasco de água oxigenada fica meses no armário do banheiro sem mudar. Derramada num joelho ralado, ela espuma na hora: alguma coisa do sangue faz com que ela se decomponha em segundos em água e gás oxigênio. Essa coisa não é consumida, e não aparece na equação da reação. Ela é um [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst). Os [catalisadores](#def-g12-catalysis-catalyst) tornam possível a maior parte da indústria química, limpam o escapamento dos carros e comandam todas as reações da vida. **O que você já sabe.** A velocidade de uma reação e os [fatores cinéticos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/41-a-velocidade-das-reacoes#def-g12-reaction-rates-kinetic-factor) que a modificam ([Capítulo 41](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/41-a-velocidade-das-reacoes#ch-g12-reaction-rates)). Um mecanismo é uma série de [etapas elementares](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/40-mecanismos-de-reacao-as-setas-curvas#def-g12-curly-arrows-mechanism), que passam por intermediários ([Capítulo 40](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/40-mecanismos-de-reacao-as-setas-curvas#ch-g12-curly-arrows)). ## 42.1 O que é um catalisador **Definição 42.1 (Catalisador, catálise).** Um *catalisador* é uma espécie que torna uma reação mais rápida sem ser consumida: ele participa do mecanismo, mas é devolvido, intacto, no final, e não aparece na equação global. A aceleração de uma reação por um catalisador é a *catálise*. **Proposição 42.2 (Um catalisador muda o caminho, não o destino).** Um [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst) abre um outro mecanismo, cujas barreiras de energia são mais baixas que a da reação não catalisada, de modo que uma parte maior dos encontros entre partículas dá certo. Ele não muda os produtos formados, nem o [estado final](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/27-a-tabela-de-avanco#def-g10-reaction-progress-table-system) alcançado; ele só o alcança mais cedo. **Demonstração.** Admitido: o perfil é estudado no volume do primeiro ano da universidade. Que o [estado final](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/27-a-tabela-de-avanco#def-g10-reaction-progress-table-system) não muda decorre do fato de o [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst) ser devolvido: a reação global, [reagentes](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant) e produtos, é a mesma. ∎ ![À esquerda: a energia ao longo da reação; o caminho catalisado passa por um intermediário e por duas barreiras mais baixas. À direita: o gás oxigênio liberado por uma solução de peróxido de hidrogênio; o catalisador acelera a reação, mas o volume final é o mesmo. (Curvas de modelo.)](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-catalysis/fig-e9f6986e9933.svg) ![À esquerda: a energia ao longo da reação; o caminho catalisado passa por um intermediário e por duas barreiras mais baixas. À direita: o gás oxigênio liberado por uma solução de peróxido de hidrogênio; o catalisador acelera a reação, mas o volume final é o mesmo. (Curvas de modelo.)](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-catalysis/fig-7d6c0c8597d1.svg) *À esquerda: a energia ao longo da reação; o caminho catalisado passa por um intermediário e por duas barreiras mais baixas. À direita: o gás oxigênio liberado por uma solução de peróxido de hidrogênio; o [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst) acelera a reação, mas o volume final é o mesmo. (Curvas de modelo.)* ## 42.2 A catálise homogênea **Definição 42.3 (Catálise homogênea e heterogênea).** A [catálise](#def-g12-catalysis-catalyst) é uma *catálise homogênea* quando o [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst) está na mesma fase que os [reagentes](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant) (por exemplo, dissolvido com eles), e uma *catálise heterogênea* quando ele está em outra fase, em geral um sólido cuja superfície os [reagentes](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant) alcançam a partir de um gás ou de um líquido. **Exemplo 42.4 (Os íons iodeto e o peróxido de hidrogênio).** O peróxido de hidrogênio se decompõe muito devagar sozinho: $\ce{2H2O2 -> 2H2O + O2}$. Com um pouco de iodeto de potássio dissolvido nele, ele espuma na hora. O [íon](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) iodeto abre um caminho em duas etapas: $$ \ce{H2O2 + I- -> H2O + IO-}, \qquad \ce{H2O2 + IO- -> H2O + O2 + I-} . $$ Somadas, as duas etapas devolvem $\ce{2H2O2 -> 2H2O + O2}$: o [íon](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) iodeto, consumido na primeira etapa e devolvido na segunda, é o [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst); o [íon](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) $\ce{IO-}$ é um intermediário. **Exemplo 42.5 (Os íons ferro(III)).** Os [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) ferro(III) também catalisam a decomposição, por meio do par $\ce{Fe^{3+}}$/$\ce{Fe^{2+}}$ ([Capítulo 35](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#ch-g11-redox)): primeiro eles oxidam o peróxido de hidrogênio, $\ce{2Fe^{3+} + H2O2 -> 2Fe^{2+} + O2 + 2H+}$, depois os [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) ferro(II) formados são oxidados de volta por mais peróxido de hidrogênio, $\ce{2Fe^{2+} + H2O2 + 2H+ -> 2Fe^{3+} + 2H2O}$. A cor laranja-clara da solução fica esverdeada enquanto o gás é liberado, e depois volta quando o peróxido de hidrogênio acaba: sinal de que o [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst) participa e é regenerado. ## 42.3 A catálise heterogênea Muitos [catalisadores](#def-g12-catalysis-catalyst) industriais são sólidos: [metais](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/20-a-tabela-periodica-um-primeiro-olhar#def-g9-periodic-table-first-look-metal) como a platina, o paládio, o níquel ou o ferro, ou óxidos. A reação acontece na sua superfície, em três etapas: as [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) dos [reagentes](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant) ficam retidas na superfície (adsorvidas), onde as suas ligações se enfraquecem; elas reagem ali; os produtos deixam a superfície, que fica livre para novas [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule). Por isso, um [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst) é fabricado com a maior superfície possível: pó fino, ou uma camada fina sobre um suporte poroso. ![O hidrogênio se adicionando ao eteno numa superfície metálica: adsorção, reação, dessorção. O metal é devolvido intacto.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-catalysis/fig-36b5b4b38085.svg) *O hidrogênio se adicionando ao eteno numa superfície metálica: adsorção, reação, dessorção. O [metal](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/20-a-tabela-periodica-um-primeiro-olhar#def-g9-periodic-table-first-look-metal) é devolvido intacto.* **Exemplo 42.6 (O conversor catalítico).** O escapamento de um motor a gasolina contém monóxido de carbono e monóxido de nitrogênio, ambos tóxicos, e [combustível](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) não queimado. No conversor catalítico, uma colmeia de cerâmica revestida de platina e de ródio, eles reagem na superfície do [metal](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/20-a-tabela-periodica-um-primeiro-olhar#def-g9-periodic-table-first-look-metal): $$ \ce{2CO + 2NO -> 2CO2 + N2} , $$ e os hidrocarbonetos queimam, dando dióxido de carbono e água. Os gases atravessam o conversor numa fração de segundo, depressa demais para qualquer reação sem [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst). ![Um conversor catalítico, cortado no sentido do comprimento: milhares de canais finos dão aos gases do escapamento uma enorme superfície revestida de metal.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-catalysis/fig-89538c97f4a1.svg) *Um conversor catalítico, cortado no sentido do comprimento: milhares de canais finos dão aos gases do escapamento uma enorme superfície revestida de [metal](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/20-a-tabela-periodica-um-primeiro-olhar#def-g9-periodic-table-first-look-metal).* ![Um conversor catalítico aberto: o núcleo em colmeia.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-catalysis/img-d06067588054.jpg) *Um conversor catalítico aberto: o núcleo em colmeia.* **História — Haber, Bosch e a amônia.** No início do século XX, o químico Fritz Haber descobriu como combinar o nitrogênio do [ar](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/4-o-ar-uma-mistura-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air) com o hidrogênio, $\ce{N2 + 3H2 -> 2NH3}$, sobre um [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst) à base de ferro, e o engenheiro Carl Bosch transformou isso num processo industrial. Ele ainda funciona hoje a 400–$500\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ e 150–$250\,\mathrm{atm}$. Em 2024, o mundo fabricou amônia contendo cerca de 150 milhões de toneladas de nitrogênio, a maior parte para fertilizantes: uma grande parte do nitrogênio dos alimentos que comemos passou por um [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst) desses. ## 42.4 As enzimas **Definição 42.7 (Enzima).** Uma *enzima* é uma proteína fabricada por um ser vivo que catalisa uma reação da sua química. As enzimas são muito eficientes e muito específicas: cada uma só se encaixa em algumas [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule), e elas funcionam melhor numa faixa estreita de temperatura e de acidez. **Exemplo 42.8 (A catalase).** O peróxido de hidrogênio se forma nas células como subproduto, e é nocivo para elas. A [enzima](#def-g12-catalysis-enzyme) catalase, presente no sangue, no fígado e em muitos tecidos vegetais, o decompõe em água e gás oxigênio a uma velocidade enorme: é a espuma num joelho ralado, ou numa fatia de batata crua. A batata cozida não faz espuma: o aquecimento destruiu a forma da [enzima](#def-g12-catalysis-enzyme). ![Água oxigenada numa fatia de batata crua: a catalase em ação.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-catalysis/img-b187605b8d45.jpg) *Água oxigenada numa fatia de batata crua: a catalase em ação.* ## 42.5 A seletividade **Definição 42.9 (Catalisador seletivo).** Quando os mesmos [reagentes](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant) podem dar várias reações, um *catalisador seletivo* acelera uma delas muito mais que as outras, e assim decide que produtos se formam. **Exemplo 42.10 (Dois destinos para o etanol).** O vapor de etanol quente, passado sobre alumina, perde água e dá eteno, $\ce{C2H5OH -> C2H4 + H2O}$ (uma [eliminação](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/40-mecanismos-de-reacao-as-setas-curvas#def-g12-curly-arrows-categories)); passado sobre cobre quente, ele perde hidrogênio e dá etanal, $\ce{C2H5OH -> CH3CHO + H2}$. O mesmo [reagente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant), dois [catalisadores](#def-g12-catalysis-catalyst), dois produtos. **Observação 42.11 (A indústria e a vida funcionam com catalisadores).** A maior parte dos produtos da indústria química, dos [combustíveis](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/5-a-combustao-do-que-o-fogo-precisa#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) aos [plásticos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/15-os-plasticos-e-os-materiais-sinteticos#def-g8-plastics-plastic) e aos fertilizantes, é fabricada com [catalisadores](#def-g12-catalysis-catalyst); encontrar um [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst) mais ativo ou mais seletivo economiza energia e resíduos. Toda reação de uma célula viva é catalisada por uma [enzima](#def-g12-catalysis-enzyme). **Segurança.** ![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-catalysis/fig-105f4dfb6e4f.svg) ![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-catalysis/fig-93c17238ab7b.svg) ![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-catalysis/fig-0df833fa40ae.svg) O peróxido de hidrogênio concentrado é um [oxidante](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-oxidant) forte que pode alimentar um incêndio, queima a pele e os olhos, e é nocivo se ingerido. As soluções diluídas do laboratório ainda exigem óculos e luvas; a decomposição libera gás oxigênio, por isso nunca é feita num recipiente fechado. ## 42.6 Exercícios **Exercício 42.1 ★.** Na decomposição do peróxido de hidrogênio catalisada pelos [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) iodeto, que espécies são [reagentes](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant), quais são produtos, qual é o [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst), qual é um intermediário? **Solução de Exercício 42.1.** [Reagente](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/12-as-reacoes-quimicas-reagentes-e-produtos#def-g7-chemical-reactions-reactant): $\ce{H2O2}$. Produtos: $\ce{H2O}$ e $\ce{O2}$. [Catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst): $\ce{I-}$ (consumido na etapa 1, devolvido na etapa 2). Intermediário: $\ce{IO-}$ (formado na etapa 1, consumido na etapa 2). **Exercício 42.2 ★.** [Catálise homogênea](#def-g12-catalysis-homogeneous) ou heterogênea: [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) iodeto em água oxigenada; platina num conversor catalítico; ferro na [síntese](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/28-a-sintese-rendimento-e-pureza#def-g10-synthesis-yield-synthesis) da amônia; [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) ferro(III) em água oxigenada? **Solução de Exercício 42.2.** Homogênea; heterogênea; heterogênea; homogênea. **Exercício 42.3 ★.** Nos perfis de energia, que caminho tem a barreira mais alta? As energias inicial e final são as mesmas nos dois caminhos? O que isso significa para os produtos? **Solução de Exercício 42.3.** O caminho não catalisado. Os níveis inicial e final são os mesmos: os mesmos produtos se formam, com a mesma energia liberada; só o caminho difere. **Exercício 42.4 ★.** Por que um [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst) não aparece na equação global de uma reação? **Solução de Exercício 42.4.** Ele é consumido numa etapa e devolvido em outra: aparece dos dois lados da soma das etapas, e se cancela. **Exercício 42.5 ★.** Por que os [catalisadores](#def-g12-catalysis-catalyst) sólidos da indústria são usados como pós finos ou como camadas finas sobre suportes porosos? **Solução de Exercício 42.5.** A reação acontece na superfície: quanto maior a superfície, mais [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) podem reagir ao mesmo tempo, para a mesma massa de [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst) (muitas vezes caro). **Exercício 42.6 ★★.** Some as duas etapas da decomposição do peróxido de hidrogênio catalisada pelo ferro(III), e mostre que os [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) ferro e os [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) hidrogênio se cancelam. **Solução de Exercício 42.6.** Soma: $\ce{2Fe^{3+} + 2H2O2 + 2Fe^{2+} + 2H+ -> 2Fe^{2+} + O2 + 2H+ + 2Fe^{3+} + 2H2O}$. Os [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) ferro e os [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) hidrogênio aparecem dos dois lados e se cancelam: $\ce{2H2O2 -> 2H2O + O2}$. **Exercício 42.7 ★★.** Leia as curvas do gás oxigênio liberado. Quanto tempo cada experimento leva para liberar a metade do volume final? Por que fator o [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst) encurta esse tempo? **Solução de Exercício 42.7.** A metade de $72\,\mathrm{mL}$ é $36\,\mathrm{mL}$: alcançada depois de cerca de $35\,\mathrm{min}$ sem [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst) e de $3.5\,\mathrm{min}$ com ele. O [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst) encurta esse tempo dez vezes. **Exercício 42.8 ★★.** A gasolina com chumbo não é usada em carros equipados com conversor catalítico: o chumbo se deposita sobre a platina e fica ali. Explique por que isso estraga o conversor, embora a platina não seja consumida pela reação normal. **Solução de Exercício 42.8.** A reação acontece na superfície da platina; o chumbo a recobre e fica ali, de modo que os gases não alcançam mais o [metal](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/20-a-tabela-periodica-um-primeiro-olhar#def-g9-periodic-table-first-look-metal). O [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst) está “envenenado”: presente, mas inútil. **Exercício 42.9 ★★.** Um aluno mede a espuma produzida por fatias de batata em água oxigenada a 10, 25, 37, 60 e $80\,{}^{\circ}\mathrm{C}$: a espuma aumenta até cerca de $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, depois diminui, e quase desaparece a $80\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Explique as duas partes da curva. **Solução de Exercício 42.9.** Até cerca de $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, a reação acelera com a temperatura, como qualquer reação. Acima disso, a [enzima](#def-g12-catalysis-enzyme), uma proteína, perde a sua forma e, com ela, a sua atividade; a $80\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, ela está destruída. **Exercício 42.10 ★★.** Escreva a equação da reação, num conversor catalítico, entre o monóxido de carbono e o monóxido de nitrogênio, e verifique que ela está balanceada. Por que os dois poluentes são eliminados ao mesmo tempo? **Solução de Exercício 42.10.** $\ce{2CO + 2NO -> 2CO2 + N2}$: C 2 = 2, O 4 = 4, N 2 = 2. O monóxido de carbono é oxidado pelo monóxido de nitrogênio, que é reduzido: cada poluente elimina o outro. **Exercício 42.11 ★★.** $10.0\,\mathrm{mL}$ de água oxigenada liberam $72\,\mathrm{mL}$ de gás oxigênio a $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ quando decompostos completamente. Calcule a [quantidade de matéria](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de gás oxigênio ($V_m = 24.1\,\mathrm{L}/\mathrm{mol}$), e depois a concentração da solução em peróxido de hidrogênio. **Solução de Exercício 42.11.** $n(\ce{O2}) = 0.072 / 24.1 = 2.99 \times 10^{-3}\,\mathrm{mol}$; $n(\ce{H2O2}) = 2 \times 2.99 \times 10^{-3} = 5.98 \times 10^{-3}\,\mathrm{mol}$ em $10.0\,\mathrm{mL}$: $c = 0.598\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$. **Exercício 42.12 ★★★.** O vapor de etanol passado sobre alumina dá eteno; sobre cobre, dá etanal. Escreva as duas equações, dê a categoria da primeira e explique o que é um [catalisador seletivo](#def-g12-catalysis-selective). **Solução de Exercício 42.12.** $\ce{C2H5OH -> C2H4 + H2O}$, uma [eliminação](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/40-mecanismos-de-reacao-as-setas-curvas#def-g12-curly-arrows-categories); $\ce{C2H5OH -> CH3CHO + H2}$. Um [catalisador seletivo](#def-g12-catalysis-selective) acelera uma de várias reações possíveis muito mais que as outras, e assim decide o produto. **Exercício 42.13 ★★★.** Um [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst) torna uma reação dez vezes mais rápida. Um aluno afirma que ele também dá dez vezes mais produto. Corrija a afirmação, usando as curvas do gás oxigênio liberado. **Solução de Exercício 42.13.** O [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst) não muda o [estado final](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/27-a-tabela-de-avanco#def-g10-reaction-progress-table-system): as curvas com e sem [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst) terminam no mesmo volume de gás oxigênio. Obtém-se a mesma quantidade de produto, só que mais cedo. **Exercício 42.14 ★★★.** Uma [molécula](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) de catalase decompõe alguns milhões de [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) de peróxido de hidrogênio por segundo. Tomando $5 \times 10^{6}$ por segundo, quanto tempo uma [molécula](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) de [enzima](#def-g12-catalysis-enzyme) leva para decompor um [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de peróxido de hidrogênio? Quantas [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) de [enzima](#def-g12-catalysis-enzyme) fariam isso em um segundo? (Um cálculo de ordens de grandeza; a velocidade é um dado do exercício.) **Solução de Exercício 42.14.** $6.02 \times 10^{23} / 5 \times 10^{6} = 1.2 \times 10^{17}\,\mathrm{s}$, uns quatro bilhões de anos. Para fazer isso em um segundo: $1.2 \times 10^{17}$ [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) de [enzima](#def-g12-catalysis-enzyme), isto é, $2 \times 10^{-7}\,\mathrm{mol}$. **Exercício 42.15 ★★★.** O mundo fabricou cerca de 150 milhões de toneladas de nitrogênio na forma de amônia em 2024. Que massa de amônia é essa? Que [quantidade de matéria](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de gás nitrogênio foi combinada? **Solução de Exercício 42.15.** Amônia $\ce{NH3}$: $150 \times 17.0 / 14.0 = 182\,\mathrm{Mt}$. [Átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de nitrogênio: $1.50 \times 10^{14} / 14.0 = 1.07 \times 10^{13}\,\mathrm{mol}$, isto é, $5.36 \times 10^{12}\,\mathrm{mol}$ de $\ce{N2}$. ## 42.7 Problema: a água oxigenada do cabeleireiro **Problema 42.1.** Problema de fim de semana — qual é a concentração da água oxigenada “20 volumes”? Os cabeleireiros usam soluções de peróxido de hidrogênio rotuladas em “volumes”: uma solução “20 volumes” é uma solução da qual $1\,\mathrm{L}$ libera $20\,\mathrm{L}$ de gás oxigênio quando se decompõe completamente, com o gás medido a $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ e à pressão atmosférica normal, em que um [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de gás ocupa $22.4\,\mathrm{L}$. **Parte I — A decomposição.** 1. Escreva a equação da decomposição do peróxido de hidrogênio. 2. A decomposição é uma [reação de oxirredução](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-reaction) ? Encontre o [oxidante](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-oxidant) e o [redutor](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-oxidant) (o peróxido de hidrogênio é os dois). 3. Por que um frasco dura meses, embora a reação seja possível? **Parte II — O que significa “20 volumes”.** 4. Que [quantidade de matéria](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de gás oxigênio $1\,\mathrm{L}$ da solução libera? 5. Deduza a [quantidade de matéria](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de peróxido de hidrogênio em $1\,\mathrm{L}$ . 6. Dê a [concentração molar](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/26-concentracao-e-diluicao#def-g10-concentration-and-dilution-molar-concentration) . 7. Calcule a [massa molar](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-molar-mass) do peróxido de hidrogênio e a [concentração em massa](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/26-concentracao-e-diluicao#def-g10-concentration-and-dilution-mass-concentration) . 8. O que significaria “10 volumes” em [mols](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) por litro? **Parte III — Dois [catalisadores](#def-g12-catalysis-catalyst).** 9. Uma gota de sangue (catalase) e algumas gotas de cloreto de ferro(III) são acrescentadas, cada uma, a uma amostra. Que tipo de [catálise](#def-g12-catalysis-catalyst) é cada uma? 10. Escreva as duas etapas da [catálise](#def-g12-catalysis-catalyst) pelo ferro(III) e verifique que a sua soma é a decomposição. 11. Usando as curvas do gás oxigênio liberado, descreva como o volume de gás oxigênio varia com e sem [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst) , e o que continua igual. 12. Por que a cor de uma amostra catalisada pelo ferro(III) muda durante a reação e volta no final? 13. Por que uma batata cozida não faz a solução espumar? **Parte IV — O frasco.** 14. Que volume de gás oxigênio, medido a $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , um frasco de $100\,\mathrm{mL}$ pode liberar? 15. Que volume é esse a $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ( $V_m = 24.1\,\mathrm{L}/\mathrm{mol}$ )? 16. Por que a tampa de um frasco desses deve deixar o gás escapar lentamente? 17. Um frasco guardado por muito tempo é titulado, e encontra-se $1.50\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ . Quantos “volumes” são isso agora? 18. Que fração do peróxido de hidrogênio se decompôs? 19. Dê a resposta final: qual é a [concentração molar](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/26-concentracao-e-diluicao#def-g10-concentration-and-dilution-molar-concentration) de uma água oxigenada “20 volumes”? **Solução de Problema 42.1.** **1.** $\ce{2H2O2 -> 2H2O + O2}$. **2.** Sim: o peróxido de hidrogênio é o [oxidante](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-oxidant) do par $\ce{H2O2}$/$\ce{H2O}$ e o [redutor](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/35-oxidacao-e-reducao#def-g11-redox-oxidant) do par $\ce{O2}$/$\ce{H2O2}$; ele oxida e reduz a si mesmo. **3.** Sem [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst), a reação é extremamente lenta. **4.** $20 / 22.4 = 0.893\,\mathrm{mol}$. **5.** Dois [mols](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de peróxido de hidrogênio por [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/25-o-mol-e-a-massa-molar#def-g10-the-mole-amount) de gás oxigênio: $1.79\,\mathrm{mol}$. **6.** $1.79\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$. **7.** $M = 2 \times 1.0 + 2 \times 16.0 = 34.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$; $C_m = 1.79 \times 34.0 = 60.7\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$. **8.** A metade: $0.893\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$. **9.** Catalase: uma [enzima](#def-g12-catalysis-enzyme), dissolvida, um [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst) biológico; [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) ferro(III): [catálise homogênea](#def-g12-catalysis-homogeneous). **10.** $\ce{2Fe^{3+} + H2O2 -> 2Fe^{2+} + O2 + 2H+}$ e $\ce{2Fe^{2+} + H2O2 + 2H+ -> 2Fe^{3+} + 2H2O}$; a sua soma é $\ce{2H2O2 -> 2H2O + O2}$. **11.** Com um [catalisador](#def-g12-catalysis-catalyst), o volume sobe muito mais depressa; as duas curvas se estabilizam no mesmo volume final. **12.** Os [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) ferro(III) (laranja) são transformados em ferro(II) (verde-claro) na primeira etapa e de novo em ferro(III) na segunda; no final, todo o ferro voltou a ser ferro(III). **13.** A fervura destruiu a [enzima](#def-g12-catalysis-enzyme). **14.** $0.100 \times 20 = 2.0\,\mathrm{L}$. **15.** $n(\ce{O2}) = 0.100 \times 0.893 = 0.0893\,\mathrm{mol}$, isto é, $0.0893 \times 24.1 = 2.15\,\mathrm{L}$. **16.** A decomposição lenta libera gás oxigênio, que aumentaria a pressão num frasco bem fechado. **17.** $1.50 / 2 = 0.750\,\mathrm{mol}$ de gás oxigênio por litro, isto é, $0.750 \times 22.4 = 16.8\,\mathrm{L}$: “16.8 volumes”. **18.** $(1.79 - 1.50)/1.79 \approx 16\,\%$. **19.** $1.79\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$.