A produção enzimática de hidrogênio a partir da glicose e água foi estudada do ponto de vista cinético e termodinâmico, revelando ser possível obter alto rendimento de H2 em condições suaves de reação: temperatura ambiente e pressão atmosférica. Com melhorias tecnológicas e integração com células de combustível, essa tecnologia também permitiria resolver alguns dos desafios associados ao armazenamento, à distribuição e à infraestrutura na economia baseada no H2.

a) A figura acima mostra a velocidade instantânea de formação de hidrogênio e dióxido de carbono em função do tempo do processo estudado. A equação química que representa quantitativamente o resultado desse processo é dada por:

C6H12O6(aq) +6 H2O(aq) → 12 H2(g) + 6 CO2(g)

Levando em conta essas informações, em que tempo a razão entre as velocidades instantâneas de formação dos produtos se iguala à razão entre seus coeficientes estequiométricos? Justifique.

b) Do ponto de vista termodinâmico, para a discussão dos resultados os autores utilizam o diagrama de energia (aqui incompleto) fornecido no campo de respostas. A partir desse diagrama, resolva: (i) no decorrer do processo sob estudo, o meio reacional tenderia a um aumento ou a uma diminuição da temperatura? Justifique. (ii) Calcule o valor da entalpia molar da reação de formação da água.

a) A razão entre os coeficientes estequiométricos é:

começar estilo tamanho matemático 14px reto r espaço igual a espaço numerador 12 espaço reto H com 2 subscrito sobre denominador 6 espaço CO com 2 subscrito fim da fração espaço igual a espaço 2. fim do estilo

Para que a razão entre as velocidades instantâneas de formação dos produtos se iguale à razão estequiométrica, a velocidade de H2 deve ser o dobro da de CO2, o que ocorre em torno de 3,5 horas.

Razão entre as velocidades instantâneas de formação dos produtos: começar estilo tamanho matemático 14px reto v com reto H com 2 subscrito subscrito fim do subscrito sobre reto v com CO com 2 subscrito subscrito fim do subscrito espaço igual a espaço numerador 0 vírgula 44 sobre denominador 0 vírgula 22 fim da fração espaço igual a espaço 2. fim do estilo

 b) Pela análise do diagrama de energia, temos:

começar estilo tamanho matemático 14px Reação espaço 1 dois pontos espaço espaço 6 espaço CO com 2 subscrito espaço mais espaço 12 espaço reto H com 2 subscrito reto O espaço seta para a direita espaço reto C com 6 subscrito reto H com 12 subscrito reto O com 6 subscrito espaço mais espaço 6 espaço reto O com 2 subscrito espaço mais espaço 6 espaço reto H com 2 subscrito reto O espaço espaço espaço reto delta maiúsculo reto H espaço igual a espaço mais espaço 2808 espaço KJ fim do estilo

Ajustando os coeficientes das substâncias:

começar estilo tamanho matemático 14px Reação espaço 1 dois pontos espaço espaço 6 espaço CO com 2 subscrito espaço mais espaço 6 espaço reto H com 2 subscrito reto O espaço seta para a direita espaço reto C com 6 subscrito reto H com 12 subscrito reto O com 6 subscrito espaço mais espaço 6 espaço reto O com 2 subscrito espaço espaço espaço reto delta maiúsculo reto H espaço igual a espaço mais espaço 2808 espaço KJ fim do estilo

 

começar estilo tamanho matemático 14px Reação espaço 2 dois pontos espaço espaço 6 espaço CO com 2 subscrito espaço mais espaço 12 espaço reto H com 2 subscrito espaço mais espaço 6 espaço reto O com 2 subscrito espaço seta para a direita espaço 6 espaço CO com 2 subscrito espaço mais espaço 12 espaço reto H com 2 subscrito reto O espaço espaço espaço reto delta maiúsculo reto H espaço igual a espaço menos espaço 3430 espaço KJ fim do estilo

Ajustando os coeficientes das substâncias:

começar estilo tamanho matemático 14px Reação espaço 2 dois pontos espaço 12 espaço reto H com 2 subscrito espaço mais espaço 6 espaço reto O com 2 subscrito espaço seta para a direita espaço 12 espaço reto H com 2 subscrito reto O espaço espaço espaço reto delta maiúsculo reto H espaço igual a espaço menos espaço 3430 espaço KJ fim do estilo

Para calcular a energia da reação: começar estilo tamanho matemático 14px reto C com 6 subscrito reto H com 12 subscrito reto O com 6 subscrito espaço mais espaço 6 espaço reto H com 2 subscrito reto O espaço seta para a direita espaço 6 espaço CO com 2 subscrito espaço mais espaço 12 espaço reto H com 2 subscrito fim do estilo , devemos:

Inverter as reações 1 e 2:

começar estilo tamanho matemático 14px atributos de tabela alinhamento de coluna left center fim dos atributos linha com célula com reto C com 6 subscrito reto H com 12 subscrito reto O com 6 subscrito espaço mais espaço 6 espaço reto O com 2 subscrito espaço seta para a direita espaço espaço espaço 6 espaço CO com 2 subscrito espaço mais espaço 6 espaço reto H com 2 subscrito reto O fim da célula célula com reto delta maiúsculo reto H espaço igual a espaço menos 2808 espaço KJ fim da célula linha com célula com pilha riscado diagonal para cima sobre 12 espaço reto H com 2 subscrito reto O fim do riscado com 6 espaço reto H com 2 subscrito reto O acima espaço seta para a direita espaço 12 espaço reto H com 2 subscrito espaço mais espaço 6 espaço reto O com 2 subscrito espaço espaço espaço espaço espaço fim da célula célula com reto delta maiúsculo reto H espaço igual a espaço menos 3430 espaço KJ fim da célula linha com célula com reto C com 6 subscrito reto H com 12 subscrito reto O com 6 subscrito espaço mais espaço 6 espaço reto H com 2 subscrito reto O espaço seta para a direita espaço 6 espaço CO com 2 subscrito espaço mais espaço 12 espaço reto H com 2 subscrito espaço espaço espaço espaço espaço fim da célula célula com reto delta maiúsculo reto H espaço igual a espaço mais 622 espaço KJ espaço fim da célula fim da tabela espaço espaço espaço mais fim do estilo

Dessa forma, como a reação é endotérmica, o meio reacional tenderia a uma diminuição da temperatura.

Para calcular o valor da entalpia molar da reação de formação da água, devemos dividir a reação começar estilo tamanho matemático 14px 12 espaço reto H com 2 subscrito espaço mais espaço 6 espaço reto O com 2 subscrito espaço seta para a direita espaço 12 espaço reto H com 2 subscrito reto O fim do estilo e seu respectivo ΔH de - 3430 kJ por 12.      

começar estilo tamanho matemático 14px reto H com 2 subscrito espaço mais espaço 1 meio espaço reto O com 2 subscrito espaço seta para a direita espaço reto H com 2 subscrito reto O reto delta maiúsculo reto H espaço igual a espaço menos espaço 285 vírgula 8 espaço KJ fim do estilo