A nanotecnologia pode ser caracterizada quando os compostos estão na ordem de milionésimos de milímetros,
como na utilização de nanomateriais catalíticos nos processos industriais. O uso desses materiais aumenta
a eficiência da produção, consome menos energia e gera menores quantidades de resíduos. O sucesso dessa
aplicação tecnológica muitas vezes está relacionado ao aumento da velocidade da reação química envolvida.
O êxito da aplicação dessa tecnologia é por causa da realização de reações químicas que ocorrem em
condições de
A) alta pressão.
B) alta temperatura.
C) excesso de reagentes.
D) maior superfície de contato.
E) elevada energia de ativação.
📚 Matérias Necessárias para a Solução da Questão
- Cinética Química
- Catálise
🎯 Nível da Questão: Médio
✅ Gabarito: Letra D.
📝 Resolução Passo a Passo
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
O enunciado aborda o uso da nanotecnologia em reações químicas industriais, destacando sua eficiência no aumento da velocidade da reação, redução de energia consumida e minimização de resíduos.
A questão pede a razão química para esse aumento de eficiência.
📌 Palavras-chave:
- Nanomateriais catalíticos: estruturas extremamente pequenas usadas para acelerar reações.
- Eficiência na produção: indica aumento da velocidade da reação.
- Menos energia e menos resíduos: sugere um processo otimizado.
- Superfície de contato: conceito central em catálise e cinética química.
✅ Objetivo da questão: identificar a característica dos nanomateriais que justifica o aumento da velocidade da reação.
Passo 2: Tradução e Interpretação do Texto
O enunciado menciona que a nanotecnologia melhora a eficiência dos processos industriais, reduzindo o consumo energético e os resíduos. Isso indica que há um fator químico envolvido na aceleração da reação.
Uma reação química ocorre quando as partículas dos reagentes colidem com energia suficiente. Quando há maior superfície de contato, mais moléculas podem reagir simultaneamente, acelerando o processo.
Frase-chave:
- “Nanomateriais catalíticos” → Sugerem partículas menores com mais área exposta.
- “Aumento da velocidade da reação” → Relacionado à superfície de contato.
Passo 3: Explicação de Conceitos Necessários
A velocidade das reações químicas depende de vários fatores, entre eles:
🔹 Superfície de contato: Quanto menor o tamanho da partícula, maior a área de contato com os reagentes, aumentando a frequência das colisões eficazes.
🔹 Catálise heterogênea: Catalisadores sólidos funcionam melhor quando têm maior área exposta.
🔹 Energia de ativação: Catalisadores ajudam a reduzir a barreira energética necessária para a reação.
Passo 4: Desenvolvimento do raciocínio e cálculos
Os nanomateriais são extremamente pequenos, o que aumenta a superfície disponível para a reação. Como resultado, há mais locais onde os reagentes podem se chocar e reagir.
Onde:
- V é a velocidade da reação.
- K é a constante da reação.
- [A] e [B] são concentrações dos reagentes.
- m e n são coeficientes da reação.
Se a superfície de contato aumenta, mais moléculas reagem ao mesmo tempo, aumentando a velocidade da reação.
Passo 5: Análise das Alternativas e Resolução
A) ❌
Pressões elevadas aumentam a velocidade de reações gasosas, mas o enunciado não menciona reações gasosas, e sim nanomateriais catalíticos. Para ser correta, a alternativa deveria citar um sistema gasoso pressurizado.
B) ❌
O aumento da temperatura pode acelerar reações químicas, mas a nanotecnologia atua independentemente da temperatura. A questão foca na estrutura do material, não no calor aplicado. Para ser correta, deveria mencionar um processo térmico como a pirólise.
C) ❌
Aumentar a quantidade de reagentes pode deslocar o equilíbrio da reação e aumentar sua velocidade em certos casos, mas não é o que está sendo destacado na questão. Para ser correta, deveria mencionar reações limitadas pelo reagente em menor quantidade.
D) ✅
Nanomateriais possuem um tamanho reduzido e, consequentemente, maior área exposta aos reagentes, acelerando a reação sem necessidade de aumentar pressão, temperatura ou reagentes. Essa é a alternativa correta.
E) ❌
Catalisadores, incluindo nanomateriais, diminuem a energia de ativação, facilitando as reações. Se essa alternativa fosse correta, deveria dizer “baixa energia de ativação”.
🏆 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
O aumento da velocidade das reações com nanomateriais ocorre devido à maior superfície de contato, que proporciona mais locais para colisões entre as moléculas reagentes. Essa característica permite uma reação mais rápida e eficiente sem a necessidade de altas temperaturas, pressões ou excesso de reagentes.
✅ Alternativa correta: D) Maior superfície de contato.
