Questão 5 Fuvest 2024 - 2ª fase - dia 2 - Elite Colégio e Pré-Vestibular

Questão 5

Deslocamento de Equilíbrio Quantidades em Química Catalisador

O motor de um automóvel produz monóxido de carbono $(C O)$ à taxa de, aproximadamente, 200 g de $C O$ por hora. O $C O$ é tóxico pois compete com o $O_{2}$ para se ligar à hemoglobina $(H b)$ , formando $H b C O$ , que impede o transporte de oxigênio pela oxi-hemoglobina $(H b O_{2})$ . Por esse motivo, em alguns países, é comum a instalação de sensores para a detecção de $C O$ em garagens fechadas. Cabe destacar que esse gás não reage com o $O_{2}$ atmosférico em condições normais, de modo que o $C O$ pode se acumular e atingir concentrações letais.

a) Explique, com base no equilíbrio $\begin{matrix} H b C O & + & O_{2} & ⇌ & H b O_{2} & + & C O \end{matrix}$ , por que o tratamento para intoxicação por $C O$ é administrar oxigênio em alta concentração aos pacientes.

b) Uma forma de detectar $C O$ é pelo uso de um sensor colorimétrico. Quando exposto ao $C O$ , um dos sais presentes no sensor sofre redução, mudando de cor, enquanto o $C O$ é oxidado a $C O_{2}$ , conforme representado a seguir:

$\begin{matrix} C O & + & S a l (f o r m a o x i d a d a) & \to & C O_{2} & + & S a l (f o r m a r e d u z i d a) \end{matrix}$

Com base no processo descrito e na reação apresentada, é correto afirmar que o sal atua como catalisador da reação de oxidação do $C O$ a $C O_{2}$ ? Justifique a sua resposta.

c) Suponha que um carro foi deixado ligado em uma garagem com 6,0 m de comprimento, 4,0 m de largura e 2,0 m de altura, sem ventilação. Quantas horas levaria para a produção de $C O$ atingir a concentração tóxica de 10 mg/L? Justifique a sua resposta mostrando os cálculos.

Resolução

a) A adminstração de oxigênio em alta concentração aos pacientes provocará o deslocamento do equilíbrio químico, segundo Le Chatelier, no sentido da direita, o que diminuirá a concentração da carboxiemoglobina $(H b C O)$ e um aumento da concentração da oxi-hemoglobina $(H b O_{2})$ . Quanto maior a presença de hemoglobina oxigenada no sangue do paciente, melhor será a capacidade de oxigenação dos tecidos implicando em uma recuperação mais rápida da pessoa.

b) O catalisador é um dispostivo utilizado em processos químicos com a função de diminuir a energia de ativação e, como consequência, aumentar a velocidade da reação, mas não pode ser modificado no processo e, como o sal apresentado na reação sofreu mudança da forma oxidada para a forma reduzida, logo o sal não pode ser considerado um catalisador na reação.

c) Cálculo do volume (V) da garagem:

$V_{(g a r a g e m)} = 6, 0 . 4, 0 . 2, 0 \to V_{(g a r a g e m)} = 48, 0 m^{3} o u 48000 L$

Cálculo da massa (m) de monóxido de carbono presente na garagem, sabendo que a concentração tóxica é de 10 mg/L ou 0,01 g/L:

$0, 01 g d e C O - - - - 1 L m - - - - 48.000 L m = 480 g d e C O$

Cálculo do tempo (t) em horas para a massa de 480 g de CO, sabendo que o motor do automóvel apresenta uma taxa de 200 g/hora: $200 g d e C O - - - - 1 h 480 g d e C O - - - - t t = 2, 4 h$