04 - (UFSCAR-SP) Quando se dissolve cloreto de cobalto (II) em ácido clorídrico, HCl(aq), ocorre o seguinte equilíbrio:
\underset{\operatorname{Rosa}}{\left[\mathrm{Co}\left(\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}\right)_{6}\right]_{(\mathrm{aq})}^{2+}}+4 \mathrm{Cl}_{(\mathrm{aq})}^{-} \rightleftarrows \underset{\mathrm{Azul}}{\left[\mathrm{CoCl}_{4}\right]_{(\mathrm{aq})}^{2-}}+6 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(\mathrm{l})} \Delta \mathrm{H}>0
À temperatura ambiente, a cor dessa solução é violeta.
a) O que acontece com a cor da solução quando se adiciona mais água?
b) O que acontece com a cor da solução quando se adiciona mais ácido clorídrico? Justifique a resposta

Passo 1

O enunciado descreve o equilíbrio químico (em solução aquosa) entre a espécie rosada e a azulado:
\left[\mathrm{Co(H_{2}O)_{6}}\right]^{2+}_{(aq)} + 4\mathrm{Cl}^{-}_{(aq)} \rightleftarrows \left[\mathrm{CoCl}_{4}\right]^{2-}_{(aq)} + 6\mathrm{H_{2}O}_{(l)} \qquad \Delta H>0
Informações dadas e o que é pedido:
  • Temos duas espécies em equilíbrio: \left[\mathrm{Co(H_{2}O)_{6}}\right]^{2+} (cor rosa) e \left[\mathrm{CoCl}_{4}\right]^{2-} (cor azul).
  • A solução em temperatura ambiente aparece violeta (mistura das duas cores).
  • (a) Pergunta: o que acontece com a cor quando se adiciona mais água?
  • (b) Pergunta: o que acontece com a cor quando se adiciona mais ácido clorídrico (HCl)? Justificar.
    Nada mais foi pedido.

Passo 2

Conceito-chave: equilíbrio químico e princípio de Le Chatelier.
  • Em equilíbrio, a constante de equilíbrio (lei de ação de massas) para esta reação pode ser escrita, aproximando atividades por concentrações, como
K=\frac{[\mathrm{CoCl}_{4}^{2-}]}{[\mathrm{Co(H_{2}O)_{6}}^{2+}]\,[\mathrm{Cl}^{-}]^{4}}.
Aqui K é uma constante (àquela temperatura), [\mathrm{CoCl}_{4}^{2-}] é a concentração do complexo azul, [\mathrm{Co(H_{2}O)_{6}}^{2+}] é a concentração do íon rosado e [\mathrm{Cl}^{-}] é a concentração do ânion cloreto.
  • Princípio de Le Chatelier (explicado de forma simples): se perturbarmos um sistema em equilíbrio (mudando concentrações, pressão ou temperatura), o equilíbrio se desloca no sentido que tende a minimizar essa perturbação. Em outras palavras: se você adicionar um reagente, o equilíbrio tende a consumir esse reagente (desloca para o produto); se você adicionar um produto, desloca para o reagente.

Passo 3

Entendendo a cor violeta: a solução é violeta porque há presença simultânea das duas espécies em quantidades comparáveis — mistura do rosa com o azul. Mudar o equilíbrio muda as proporções e, portanto, a cor percebida.

Passo 4

Análise do efeito de adicionar água (pergunta a).
  • O que a adição de água faz fisicamente? Dilui as concentrações das espécies aquosas (reduz [\mathrm{Cl}^{-}] e também reduz as concentrações dos complexos), e além disso a água é produto da reação (6 \mathrm{H_{2}O}).
  • Pelo princípio de Le Chatelier: adicionar produto (água) favorece o sentido que consome produto, ou seja, desloca o equilíbrio para a esquerda (formando mais \left[\mathrm{Co(H_{2}O)_{6}}\right]^{2+}, a espécie rosada).
  • Pela expressão do equilíbrio: se [\mathrm{Cl}^{-}] diminui por diluição, então o denominador [\mathrm{Co(H_{2}O)_{6}}^{2+}]\,[\mathrm{Cl}^{-}]^{4} fica menor (especialmente sensível porque é [\mathrm{Cl}^{-}]^{4}), o quociente atual Q=\dfrac{[\mathrm{CoCl}_{4}^{2-}]}{[\mathrm{Co(H_{2}O)_{6}}^{2+}]\,[\mathrm{Cl}^{-}]^{4}} tende a aumentar em relação a K, e o sistema corrige deslocando para a esquerda até restabelecer Q=K. Isso reduz a concentração do complexo azul [\mathrm{CoCl}_{4}^{2-}] e aumenta a concentração do complexo rosa.
  • Conclusão: ao adicionar água, a solução fica mais rosada (mais para o rosa/rosa-pálido) — ou seja, o tom violeta desloca-se em direção ao rosa.

Passo 5

Análise do efeito de adicionar ácido clorídrico (HCl) (pergunta b).
  • O que a adição de HCl faz? Aumenta [\mathrm{Cl}^{-}] (ionização completa em solução aquosa), sem consumir diretamente os complexos. O aumento de [\mathrm{Cl}^{-}] é um aumento de um reagente do equilíbrio.
  • Pelo princípio de Le Chatelier: adicionar reagente ( \mathrm{Cl}^{-}) faz o equilíbrio deslocar para a direita, consumindo \mathrm{Cl}^{-} e formando mais \left[\mathrm{CoCl}_{4}\right]^{2-} (complexo azul).
  • Pela expressão do equilíbrio: aumentar [\mathrm{Cl}^{-}] aumenta o denominador; imediatamente Q (se calculado com as novas concentrações) fica menor que K, então a reação se desloca para a direita até que Q=K. Isso aumenta [\mathrm{CoCl}_{4}^{2-}] e diminui [\mathrm{Co(H_{2}O)_{6}}^{2+}].
  • Conclusão: ao adicionar HCl, a solução fica mais azul (o tom violeta desloca-se em direção ao azul).

Passo 6

Observações úteis para a prova (dicas rápidas e amigáveis):
  • Sempre identifique quais espécies são reagentes e quais são produtos; pense: “adicionar X → para qual lado o sistema vai para consumir X?”.
  • Lembre que potências (como [\mathrm{Cl}^{-}]^{4}) tornam o efeito da mudança de concentração mais pronunciado (pequenas mudanças na [\mathrm{Cl}^{-}] provocam grandes mudanças na razão).
  • Um extra: como \Delta H>0 (reação endotérmica), aumentar a temperatura também favoreceria a formação do produto (desloca para a direita, tornando a solução mais azul); diminuir a temperatura favoreceria o rosa. Só lembrando, não pediram temperatura, mas é um ponto que aparece frequentemente em provas.

Resposta

(a) A solução ficará mais rosada (desloca para o complexo rosa).
(b) A solução ficará mais azul (desloca para o complexo azul).

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