Química Orgânica: Volume 1 (2ª Edição)

David Klein · Capítulo 118 de 302

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Química Orgânica: Volume 1 (2ª Edição)

6.6 Leitura dos Diagramas de Energia

 

 

Quando começarmos a estudar reações no próximo capítulo, vamos utilizar

muito os diagramas de energia. Portanto, vamos rever rapidamente algumas

das características dos diagramas de energia.

 

Cinética Versus Termodinâmica

Não confunda cinética e termodinâmica, são dois conceitos completamente

diferentes (Figura 6.18).

FIGURA 6.18

Diagramas de energia mostrando a diferença entre cinética e termodinâmica.

 

A cinética se refere à velocidade de uma reação, enquanto a

termodinâmica se refere às concentrações de equilíbrio dos reagentes e

produtos. Suponha-se que duas substâncias, A e B, possam reagir uma com

a outra através de um de dois caminhos reacionais possíveis (Figura 6.19).

O caminho reacional determina a natureza dos produtos. Observe que os

produtos C e D são termodinamicamente favorecidos em relação aos

produtos E e F, porque C e D têm energias menores. Além disso, C e D

também são favorecidos cineticamente em relação a E e F, porque a

formação de C e D envolve uma energia de ativação menor. Em resumo, C

e D são favorecidos pela termodinâmica, bem como pela cinética. Quando

os reagentes podem reagir um com o outro de duas maneiras possíveis, é

frequente o caso em que um caminho reacional seja favorecido tanto

termodinamicamente quanto cineticamente, embora existam muitos casos

em que a termodinâmica e a cinética se opõem uma à outra. Considere o

diagrama de energia na Figura 6.20, mostrando duas possíveis reações entre

A e B. Neste caso, os produtos C e D são favorecidos pela termodinâmica,

porque eles têm a energia mais baixa. Entretanto, os produtos E e F são

favorecidos pela cinética, porque a formação de E e F envolve uma energia

de ativação inferior. Neste caso, a temperatura vai desempenhar um papel fundamental. Em baixa temperatura, a reação que forma E e F será mais

rápida, mesmo que esta reação não produza os produtos mais estáveis. Em

alta temperatura, as concentrações de equilíbrio serão alcançadas

rapidamente, favorecendo a formação de C e D. Veremos vários exemplos

de cinética versus termodinâmica ao longo deste livro.

 

FIGURA 6.19

Um diagrama de energia mostrando a energia de dois caminhos reacionais possíveis para a reação entre A e B.

FIGURA 6.20

Um diagrama mostrando a energia de dois caminhos reacionais possíveis para a reação entre A e B. Neste caso, C e D são os produtos termodinâmicos, enquanto E e F são os produtos cinéticos.

 

Estados de Transição Versus Intermediários

Reações muitas vezes envolvem várias etapas. No diagrama de energia de

um processo em várias etapas, todos os mínimos locais (vales) representam

intermediários, enquanto todos os máximos locais (picos) representam

estados de transição (Figura 6.21). É importante compreender a diferença

entre os estados de transição e os intermediários.

FIGURA 6.21

Em um diagrama de energia, todos os picos são estados de transição e todos os vales são intermediários.

 

Um estado de transição, como o nome indica, é um estado através do

qual a reação evolui. Estados de transição não podem ser isolados. Neste

estado de alta energia, as ligações estão sendo quebradas e/ou formadas

simultaneamente, como mostrado na Figura 6.22.

FIGURA 6.22

Em um estado de transição as ligações estão sendo quebrados e/ou formadas.

 

Como uma analogia grosseira para a diferença entre um estado de

transição e um intermediário, considere que você está saltando no ar o mais

alto que você consegue, enquanto o seu amigo tira uma fotografia do ponto

mais alto de sua trajetória. A imagem mostra a altura que você conseguiu

alcançar, apesar de que não seria justo dizer que você foi capaz de ficar um

tempo considerável naquela altura (parado no ar). Foi um estado através do

qual você passou. Ao contrário, imagine você saltando para uma mesa e, em

seguida, pulando de volta para baixo. Uma fotografia de você sobre a mesa

vai ser muito diferente da imagem anterior. Na verdade, é possível estar

sobre uma mesa durante um período de tempo, mas não é possível manter-

se parado no ar por qualquer período de tempo razoável. A imagem de você em pé em cima da mesa é semelhante à imagem de uma reação com

intermediário. Intermediários têm certo, embora curto, tempo de vida. Por

exemplo, um intermediário participa do processo de formação ou quebra de

ligações (Figura 6.23). Intermediários, como o que é mostrado na Figura

6.23, são muito comuns e vamos encontrá-los centenas de vezes ao longo

deste livro.

 

FIGURA 6.23

Um diagrama de energia de uma reação que apresenta um intermediário caracterizado por um vale no diagrama de energia.

 

O Postulado de Hammond

Considere os dois pontos no diagrama de energia na Figura 6.24. Como

esses dois pontos estão próximos um do outro na curva, eles têm energias

parecidas e, portanto, são estruturalmente semelhantes.

FIGURA 6.24

 

Em um diagrama de energia, dois pontos que estão próximos representarão estados estruturalmente semelhantes.

 

Usando esse princípio, podemos fazer uma generalização sobre a estrutura

de um estado de transição em qualquer processo exotérmico ou

endotérmico (Figura 6.25). Em um processo exotérmico, o estado de

transição é mais próximo em termos de energia dos reagentes do que dos

produtos e, portanto, a estrutura do estado de transição se assemelha mais

aos reagentes. Ao contrário, o estado de transição em um processo

endotérmico é mais próximo em termos de energia dos produtos e, portanto,

o estado de transição se assemelha mais aos produtos. Esse princípio é

chamado de postulado de Hammond. Usaremos este princípio muitas

vezes em nossas discussões sobre os estados de transição nos próximos

capítulos.

FIGURA 6.25

Um estado de transição estará mais próximo em energia aos reagentes em um processo exotérmico, mas estará mais próximo em energia aos produtos em um processo endotérmico.

 

VERIFICAÇÃO CONCEITUAL

 

6.7 Considere os diagramas de energia relativos a quatro processos diferentes:

 

(a) Compare os diagramas de energia A e D. Admitindo que todos os outros fatores (como as

concentrações e a temperatura) são idênticos para os dois processos, identi que qual o

processo que vai ocorrer mais rapidamente. Explique.

 

(b) Compare os diagramas de energia A e B. Qual é o processo que, no equilíbrio, vai favorecer

muito mais os produtos? Explique.

 

(c) Será que algum dos processos apresenta um intermediário? Será que algum dos processos

apresenta um estado de transição? Explique.