ITA 2020 (2ª fase) — Questão 6

A reação de isomerização do cis-2-buteno para formar o isômero trans-2-buteno, que é mais estável por $4\ \mathrm{kJ\ mol^{-1}}$, ocorre em fase gasosa em uma única etapa com energia de ativação de $264\ \mathrm{kJ\ mol^{-1}}$. Essa reação ocorre de forma muito mais rápida quando assistida por iodo molecular em fase gasosa como catalisador. A lei de velocidade da reação catalisada é dada por

$\text{velocidade} = k[\text{cis-2-buteno}][\mathrm{I_2}]^{\frac{1}{2}}$

O mecanismo proposto para a reação catalisada é baseado em cinco etapas:

I. As moléculas de iodo se dissociam para formar átomos de iodo com energia de dissociação igual a $75\ \mathrm{kJ\ mol^{-1}}$;

II. Um dos átomos de iodo é adicionado a um dos átomos de carbono que tem ligação dupla, quebrando essa ligação para formar uma ligação simples C-C. O sistema molecular formado encontra-se a $118\ \mathrm{kJ\ mol^{-1}}$ acima dos reagentes;

III. Uma das extremidades da molécula sofre torção livre em relação à outra extremidade. A energia do sistema molecular após a torção continua a $118\ \mathrm{kJ\ mol^{-1}}$ acima dos reagentes;

IV. O átomo de iodo ligado ao carbono dissocia-se do sistema molecular intermediário e a ligação dupla é formada novamente no isômero trans. Esse processo libera $47\ \mathrm{kJ\ mol^{-1}}$ de energia;

V. Os átomos de iodo se recombinam para formar o iodo molecular, liberando $75\ \mathrm{kJ\ mol^{-1}}$ de energia.

Baseado nessas informações:

a) esboce em uma mesma figura os perfis de energia para a reação de isomerização do cis-2-buteno com e sem a presença de catalisador. Deixe claro, usando diferentes notações, os dois perfis e os valores das energias envolvidas;

b) escreva as reações químicas que ocorrem em cada etapa da reação catalisada para formar a reação global.