Energia de ativação: o que é, como calcular e gráficos de energia

A energia de ativação é a quantidade de energia mínima que os reagentes de uma reação química precisam absorver para ela ocorrer. Em outras palavras, é o que determina a ocorrência de reações químicas, aliado de outros fatores, como colisões efetivas entre moléculas. Aprenda sobre esse fator tão importante para a execução de todas as reações químicas.

Índice do conteúdo:

O que é
Fórmula
Gráfico
Vídeoaulas

O que é energia de ativação

Também chamada de barreira energética, a energia de ativação é a quantidade mínima de energia necessária para que ocorra uma reação química entre dois ou mais reagentes. É uma quantidade de energia que varia de uma reação para outra. Ela pode ser fornecida termicamente, pelo aquecimento do meio reacional, por atrito (como é o caso de palitos de fósforo) ou, ainda, pela ação da luz (energia eletromagnética). Sua unidade de medida pode ser joules por mol (J/mol), quilojoules por mol (kJ/mol) ou quilocalorias por mol (kcal/mol)

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Entalpia é a energia térmica envolvida num processo químico, como as reações. O calor é medido na forma de variação da entalpia e é utilizado para definir se o processo é endotérmico ou exotérmico.

A matéria encontra-se em constante transformação na natureza, passando por reações químicas que a transforma em outras substâncias.

As reações orgânicas transformam uma substância em outra, seja pela quebra de um composto, ou pela união de diferentes compostos. São importantes na indústria e em processos metabólicos do organismo.

A colisão das moléculas de reagentes com energia de ativação suficiente e orientação ideal resulta na formação dos chamados “complexos ativados” ou “estado de transição”. É um composto intermediário e instável formado entre produtos e reagentes que logo se decompõe, transformando-se nos produtos. Sendo assim, o ponto de energia máxima e que define a dimensão da barreira energética é a formação desse estado de transição.

Fórmula da energia de ativação

É possível determinar o valor dessa barreira energética de uma reação química pela equação a seguir:

E_a = H_ca – H_r

E_a: energia de ativação (J/mol)
H_ca: energia do complexo ativado (J/mol)
H_r: energia dos reagentes (J/mol)

É importante ressaltar que as energias do complexo ativado e reagente são expressas na forma de entalpia (H). Quanto maior for o valor de E_a, mais lenta é a reação. Por outro lado, quanto menor for o valor de E_a, menor é a barreira energética e a reação ocorre mais rapidamente. Esse é o princípio de funcionamento dos catalisadores. Eles aumentam a velocidade da reação por proporcionar um caminho reacional novo, portanto, com menor energia.

Gráfico da energia de ativação

grafico de energia de ativação — Gráfico de energia de ativação para reações endotérmicas e exotérmicas.

Graficamente, a energia de ativação é representada pela “montanha” formada com o aumento de energia no decorrer da reação química. No ponto mais alto da curva se encontra o complexo ativado, portanto, é a etapa determinante da E_a, visto que a partir desse ponto, os produtos começam a se formar e a energia diminui. Em concordância com a equação apresentada anteriormente, a E_a é a diferença entre as energias do complexo ativado e dos reagentes. Por fim, reações exotérmicas tendem a ter menores valores de E_a quando comparadas com reações endotérmicas.

Vídeos sobre a energia de ativação

Agora que o conteúdo já foi apresentado, veja alguns vídeos que foram selecionados para ajudar a assimilar o tema estudado.

O que é a barreira energética?

Em uma reação química, a quantidade de energia que os reagentes precisam absorver para que se transformem em produtos é chamada de energia de ativação, ou barreira energética. Aprenda mais sobre esse assunto e saiba como calcular o valor de E_a de reações diretas e inversas.

Diferença entre energia de ativação e a variação de entalpia

Por ser um assunto muito cobrado em vestibulares, a energia de ativação é facilmente confundida com a variação de entalpia de reações químicas. Para não ficar com essa dúvida, veja esse vídeo explicativo e saiba como interpretar corretamente exercícios que envolvem esses assuntos.

Exercício resolvido de cinética química

A melhor maneira de testar os conhecimentos é fazendo exercícios dos assuntos estudados. Veja a resolução dessa questão do ITA (2002). É uma questão que parece complexa, porém tem uma resolução simples. Aprenda a interpretar o exercício e resolvê-lo da maneira correta.

Em síntese, a energia de ativação é a quantidade mínima de energia necessária para que uma reação química aconteça. Ela é menor em reações exotérmicas, ou seja, que liberam calor, quando comparada com as de reações endotérmicas. Não pare de estudar por aqui, veja mais sobre reações de combustão, cuja energia de ativação é fornecida pelo calor.

Referências

Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente (2005) – Peter Atkins e Loretta Jones
Química: a ciência central (1999) – Theodore L. Brown, Eugene H. LeMay, Bruce E. Bursten e Julia R. Burdge
Fundamentos de Físico-Química (1986) – Gilbert Castellan

Por Lucas Makoto Tanaka dos Santos

Bacharel em Química pela Universidade Estadual de Maringá (UEM), mestrando em Química Analítica, com ênfase em desenvolvimento de métodos analíticos, metabolômica e espectrometria de massas no Laboratório de Biomoléculas e Espectrometria de Massas (LaBioMass), na mesma universidade.

Como referenciar este conteúdo

Tanaka dos Santos, Lucas Makoto. Energia de ativação. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/quimica/energia-de-ativacao. Acesso em: 20 de April de 2024.

Exercícios resolvidos

1. [PUC-RS (adaptada)]

Dada as afirmações:

I — Uma reação com energia de ativação 40 kJ é mais lenta que uma outra reação que apresenta energia de ativação igual a 130 kJ.
II — A adição de um catalisador a uma reação química proporciona um novo “caminho” de reação, no qual a energia de ativação é diminuída.
III — Um aumento de temperatura geralmente provoca um aumento na energia de ativação da reação.
IV — A associação dos reagentes com energia igual à energia de ativação constitui o complexo ativado.

Conclui-se que estão somente corretas:
a) I e II
b) I e III
c) II e IV
d) I, III e IV
e) II, III e IV

Analisando as afirmações
I — ERRADA. Reações lentas tendem a ter a energia de ativação maior que reações mais rápidas.
II — CORRETA. O catalisador proporciona um meio de reduzir a barreira energética, ou seja, diminuir a energia de ativação, fazendo com que uma reação química lenta ocorra de maneira mais rápida.
III — ERRADA. Em geral, o aumento da temperatura faz com que a energia de ativação diminua.
IV — CORRETA. O complexo ativado é justamente essa associação dos reagentes após colisões efetivas, que atingiram a energia necessária para que a reação ocorra.

Sendo assim, a alternativa correta é a letra c) II e IV.

2. [MACKENZIE-SP)]

Analisando o gráfico representativo do caminho da reação A + B → C, pode-se dizer que o valor da energia de ativação, em kcal/mol, e o tipo de reação são, respectivamente:

a) 08 e exotérmica.
b) 20 e endotérmica.
c) 20 e exotérmica.
d) 28 e endotérmica.
e) 30 e endotérmica.

O valor da energia de ativação é calculado pela equação E_at = H_c.a. – H_R.
Pelo gráfico:
H_c.a. = 30 kcal/mol
H_R = 10 kcal/mol

Então o valor de E_at é 20 kcal/mol.
Como a energia dos reagentes é maior que a energia dos produtos, a reação é exotérmica. Portanto, a alternativa correta é a letra c) 20 e exotérmica.

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Energia de ativação

A energia de ativação é a quantidade de energia necessária para que uma reação química ocorra. É a barreira energética até a formação do complexo ativado e tem influência na velocidade da reação.