Questão 100 — ENEM 2021 PPLCaderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Química → Termoquímica (diagramas de energia, reações exotérmicas e energia de ativação)
• ⚡ Nível: Médio — exige combinar dois conceitos ao mesmo tempo (ΔH < 0 e energia de ativação) num único gráfico, sem que o enunciado descreva a curva explicitamente.
• 🎯 Tema/Habilidade: Diagrama de energia potencial de uma reação química; traduzir um fenômeno descrito em texto para uma representação gráfica.
• 🏆 Gabarito: E — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Qual gráfico representa a energia potencial de uma reação exotérmica (ΔH < 0) que precisa vencer uma energia de ativação para começar?"
• Palavras-chave decisivas: variação de entalpia menor que zero (ΔH < 0), energia de ativação, centelha elétrica
• Armadilha típica: associar "exotérmico" só a uma curva que desce, esquecendo que toda reação — mesmo liberando energia no final — precisa antes vencer uma barreira energética (a Ea).
• O que a resposta precisa demonstrar: reconhecer que o gráfico correto tem os produtos abaixo dos reagentes (ΔH < 0) e um pico intermediário acima do nível dos reagentes (Ea).

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Entalpia (H): conteúdo energético armazenado nas ligações químicas de um sistema, avaliado no estado dos reagentes e no dos produtos.
• ΔH (variação de entalpia): ΔH = H(produtos) − H(reagentes). Se ΔH < 0, a reação é exotérmica: libera calor e os produtos terminam com menos energia do que os reagentes.
• Energia de ativação (Ea): energia mínima que o sistema precisa receber para romper as ligações dos reagentes e iniciar a reação. Corresponde ao topo do "morro" energético (complexo ativado) e existe em toda reação, exotérmica ou endotérmica.
• Diagrama de energia de reação: gráfico com o progresso da reação no eixo x e a energia potencial no eixo y, mostrando em sequência o patamar dos reagentes, o pico do complexo ativado e o patamar dos produtos.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "processo com variação de entalpia menor que zero (∆H < 0)" → reação exotérmica; o patamar final (produtos) deve estar abaixo do inicial (reagentes).
• Evidência 2: "necessita de uma energia de ativação, fornecida por uma centelha elétrica" → há uma barreira a vencer; o gráfico precisa de um pico entre início e fim.
• Síntese: o gráfico correto une as duas evidências: parte de um patamar de reagentes, sobe até um máximo (Ea) e desce para um patamar final mais baixo (produtos), coerente com ΔH < 0.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Traduzindo o texto em pontos do gráfico

Seguindo o progresso da reação no eixo x: (1) patamar inicial — energia do combustível misturado ao O₂, antes da ignição; (2) subida até um máximo — a centelha fornece a Ea necessária para romper as ligações e formar o complexo ativado, ponto de maior energia de todo o processo; (3) descida acentuada até novo patamar — formação de CO₂ e H₂O, estabilizados em nível de energia inferior ao dos reagentes, pois houve liberação de calor (toda combustão é exotérmica).

Subpasso 4.2 — Comparando a altura final com a inicial

Como ΔH = H(produtos) − H(reagentes) < 0, o patamar final deve ficar abaixo do inicial — nunca igual, nunca acima. Isso já elimina gráficos simétricos (produtos e reagentes na mesma altura) e gráficos ascendentes (produtos acima, perfil endotérmico).

Subpasso 4.3 — Verificação com os dois critérios simultaneamente

Um diagrama exotérmico com Ea precisa satisfazer, ao mesmo tempo: (i) um pico entre reagentes e produtos e (ii) patamar final mais baixo que o inicial. Apenas o gráfico com "máximo seguido de queda acentuada, terminando em patamar baixo" cumpre as duas condições — o perfil da alternativa E.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) Curva crescente em S, terminando em patamar alto

❌ Incorreta: termina mais alta que o início, ou seja, produtos com mais energia que os reagentes (ΔH > 0) — processo endotérmico. Contradiz o ΔH < 0 do enunciado.

B) Reta decrescente

❌ Incorreta: a queda sugere corretamente ΔH < 0, mas é uma reta contínua, sem pico intermediário — não representa energia de ativação alguma, contrariando o texto.

C) Curva em forma de sino, com máximo no meio

❌ Incorreta: tem pico (Ea correta), mas reagentes e produtos terminam no mesmo nível de energia (ΔH = 0, atérmica) — contradiz o ΔH < 0 informado.

D) Curva em degrau descendente, sem máximo

❌ Incorreta: queda "em degraus" até um nível mais baixo (coerente com exotermia), mas sem pico intermediário — elimina a representação da Ea, repetindo o erro de B.

E) Curva com máximo seguido de queda acentuada, terminando em patamar baixo

✅ Correta: reúne os dois requisitos — pico entre reagentes e produtos (Ea da centelha) e patamar final mais baixo que o inicial (ΔH < 0). É o diagrama clássico de reação exotérmica com barreira de ativação, exatamente o caso da combustão de etanol e gasolina no motor.

🏆 Gabarito: E — é o único gráfico que combina a presença do pico de energia de ativação com um patamar final mais baixo que o inicial, satisfazendo simultaneamente as duas condições do enunciado.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: só o gráfico E cumpre, ao mesmo tempo, presença de Ea (pico) e ΔH < 0 (produtos abaixo); as demais falham em pelo menos uma dessas condições.
• Padrão de cobrança: o ENEM cobra com frequência diagramas de energia de reação, pedindo para identificar se é exotérmica ou endotérmica, calcular ΔH/Ea por leitura gráfica, ou associar gráfico a descrição textual, como nesta questão.
• Generalização: em qualquer diagrama de energia, aplique dois testes: (1) altura final vs. inicial — produtos abaixo = exotérmica, acima = endotérmica; (2) existência de pico — sempre que houver "catalisador", "centelha" ou "energia para iniciar", esse pico é obrigatório.
• Dica de eliminação rápida: compare a altura final com a inicial (corta o endotérmico); cheque se há pico (corta quem não representa Ea); veja se início ≠ fim (corta o atérmico). O que sobrar é o gabarito.
• Conexões: cinética química (teoria das colisões, catalisadores) e cálculo de ΔH por Lei de Hess ou energias de ligação.