- Assinale como verdadeira ou falsa cada uma das declarações abaixo. Justifique suas respostas para TODAS as declarações, sendo verdadeiras ou falsas.
a) Se uma reação tem valor de K igual a 1, as variações das energias de Gibbs padrão e fora das condições-padrão serão ambas iguais a zero.
b) A reação
está em equilíbrio
a 1200 K . O volume do balão foi aumentado de 2 L para 3 L . Nesta mudança, o valor da constante de equilíbrio aumentou, pois o equilíbrio foi deslocado no sentido dos produtos.
c) Os valores de K para a reação
, a 298 K e 500 K são, respectivamente, 794 e 160. A partir desses valores pode-se dizer que a reação é facilitada com o aumento da temperatura.
d) Como
a 298 K e
também é igual a 14 a 298 K , pode-se dizer que
e
em qualquer situação.
e) Pode-se dizer que no ponto de viragem de uma titulação ácido-base, ou seja, no ponto final de um indicador, o valor de pH é sempre igual a 7,0 , a 298 K .
a) Se uma reação tem valor de K igual a 1, as variações das energias de Gibbs padrão e fora das condições-padrão serão ambas iguais a zero.
b) A reação
c) Os valores de K para a reação
d) Como
e) Pode-se dizer que no ponto de viragem de uma titulação ácido-base, ou seja, no ponto final de um indicador, o valor de pH é sempre igual a 7,0 , a 298 K .
Passo 1
Aqui eu vou listar, com calma, o que cada item pede e quais dados o enunciado me deu — só identificar, sem resolver nada ainda.
a) Declaração: “Se uma reação tem valor de
igual a
, as variações das energias de Gibbs padrão e fora das condições‑padrão serão ambas iguais a zero.”
Dado: . Pede avaliar verdade/falsidade e justificar.
Dado:
b) Declaração: “A reação
está em equilíbrio com
a
. O volume do balão foi aumentado de
para
. Nesta mudança, o valor da constante de equilíbrio aumentou, pois o equilíbrio foi deslocado no sentido dos produtos.”
Dado: reação gasosa com a
; mudança de volume de
para
. Pede avaliar se é correto afirmar que
aumentou e justificar.
Dado: reação gasosa com
c) Declaração: “Os valores de
para a reação
, a
e
são, respectivamente,
e
. A partir desses valores pode‑se dizer que a reação é facilitada com o aumento da temperatura.”
Dado: e
. Pede avaliar se é correto dizer que a reação é favorecida ao aumentar
.
Dado:
d) Declaração: “Como
a
e
também é igual a
a
, pode‑se dizer que
e
em qualquer situação.”
Dado: relações numéricas conhecidas a . Pede avaliar se podemos igualar diretamente pKa com pH e pKb com pOH sempre.
Dado: relações numéricas conhecidas a
e) Declaração: “Pode‑se dizer que no ponto de viragem de uma titulação ácido‑base, ou seja, no ponto final de um indicador, o valor de
é sempre igual a
, a
.”
Dado: afirmação sobre ponto de viragem/ponto final e a
. Pede avaliar verdade/falsidade e justificar.
Dado: afirmação sobre ponto de viragem/ponto final e
Passo 2
Vou reunir as fórmulas e conceitos básicos que vou usar em vários itens. Vou explicar cada fórmula como se eu estivesse te contando num café, devagarinho.
- Energia livre de Gibbs e constante de equilíbrio: a relação fundamental é
onde:
-
é a variação de energia livre nas condições reais (fora do padrão); -
é a variação padrão (quando todas as atividades = 1); -
é a constante dos gases ; -
é a temperatura em kelvin; -
é o quociente da reação (análogo a mas para concentrações/pressões reais).
No equilíbrio químico temos
e
, daí surge a relação importante
Isso já responde partes da questão (vou usar isso no item a).
- Dependência de
com (equilíbrio térmico): o comportamento de com temperatura é dado pela equação de van 't Hoff (na forma diferencial)
onde
é a entalpia padrão da reação. Interpretação simples:
- Se
(endotérmica), cresce com ⇒ aumenta com . - Se
(exotérmica), diminui com .
-
Efeito de mudanças de pressão/volume: a constante
depende apenas da temperatura (para uma dada reação), não do volume nem das pressões parciais impostas externamente. O que muda quando alteramos volume é o quociente de reação ; o sistema se desloca (Le Chatelier) para ajustar e restabelecer , mas permanece o mesmo se não mudou. -
Definições ácido‑base e relações de p‑valores:
-
e . - Para água pura a
, (aprox.). - Para um par conjugado ácido/base valido:
(também aproximadamente a ). - A equação de Henderson‑Hasselbalch:
que diz quando
: exatamente quando
(metade da neutralização num titulador de ácido fraco).
- Ponto de equivalência vs. ponto final do indicador:
- Ponto de equivalência (quimilógico) é onde a quantidade estequiométrica de titulante foi adicionada; o
nesse ponto depende se os produtos formados são neutros, ácidos ou básicos (fortes/ fracos). Ex.: ácido forte + base forte → (em água pura a ). Mas ácido fraco + base forte → . - Ponto final do indicador é onde o indicador muda de cor; idealmente coincide com o ponto de equivalência mas depende do
do indicador escolhido.
Passo 3
Agora aplico os conceitos ao item (a).
Temos a hipótese
. Pela relação entre
e
:
Se
então
, logo
Portanto a parte “a variação padrão
é zero” está correta.
Mas a afirmação completa diz que “as variações das energias de Gibbs padrão e fora das condições‑padrão serão ambas iguais a zero.” Para a variação fora das condições‑padrão usamos
Com
, isso vira
Então
só é zero se
, ou seja se
. Em outras palavras: mesmo que
, fora do equilíbrio (quando as concentrações não fazem
) teremos
.
Conclusão para (a): a afirmação é falsa — somente
é garantido quando
;
só será zero se as condições reais forem tais que
(normalmente isso ocorre no equilíbrio padrão, não em qualquer condição).
Passo 4
Vou tratar o item (b) lembrando duas coisas para não confundir:
-
A constante
depende só da temperatura. Se a temperatura permanece , não muda porque eu mexi no volume. -
O aumento do volume altera as pressões parciais (ou concentrações), logo altera
instantaneamente; o sistema então desloca o equilíbrio em um sentido que tende a contrariar essa perturbação (Princípio de Le Chatelier): para uma reação gasosa, aumentar o volume (reduzir a pressão) favorece o lado com maior número de mols gasosos.
Passo 5
Aplicando ao caso concreto:
Reação:
. Número de mols gasosos: reagentes
, produtos
. Ao aumentar o volume de
para
(sem trocar temperatura), as pressões parciais caem; o quociente
muda e o equilíbrio tende a deslocar‑se para o lado com mais mols de gás — ou seja, para os produtos — até restabelecer
.
Porém, isso muda a composição do equilíbrio, não a constante
. Como a temperatura permaneceu
, a constante
permanece
. O enunciado afirma que “o valor da constante de equilíbrio aumentou”, e essa parte está incorreta.
Conclusão para (b): a afirmação é falsa. O equilíbrio se desloca no sentido dos produtos (isso é verdadeiro), mas
não aumenta —
só mudaria se a temperatura mudasse.
Passo 6
Temos os dados:
e
. Note que
diminui quando a temperatura aumenta (de
para
).
Pelo raciocínio da equação de van 't Hoff,
se
diminui com
, então
, o que implica
. Ou em termos práticos: a reação é exotérmica — ela libera calor. Para reações exotérmicas, aumentar
desloca o equilíbrio para os reagentes (contrariando a formação de produtos), diminuindo
.
A declaração “a reação é facilitada com o aumento da temperatura” sugere que a formação de produtos é mais favorecida em
do que em
. Mas os números mostram o contrário:
diminuiu com a temperatura, então a reação é menos favorecida para produtos a
— não mais facilitada.
Conclusão para (c): a afirmação é falsa. Os valores dados indicam que a reação é exotérmica e que o aumento de temperatura desfavorece a formação de
.
Passo 7
A afirmação tenta casar duas igualdades numéricas distintas e extrair uma igualdade de variáveis em qualquer situação. Vamos organizar:
Sabemos que, a
,
e para um par conjugado
Essas duas somas numéricas são iguais porque ambas somam a
. Mas isso NÃO implica que
e
em geral. É o mesmo erro de concluir que se
e
então
e
— isso não é logicamente válido sem informações adicionais.
Quando, então, podemos ter
? A equação de Henderson‑Hasselbalch diz:
Portanto
ocorre somente quando
— isto é, numa solução tampão onde as formas conjugadas têm concentrações iguais (por exemplo, no meio de uma titulação de ácido fraco, no meio do ponto de meia‑equivalência). Não é uma igualdade válida “em qualquer situação”.
Conclusão para (d): a afirmação é falsa — embora as duas somas dêem
a
, não se pode igualar componente a componente sem informação extra;
só em casos específicos como quando
.
Passo 8
Vamos distinguir claramente:
-
Ponto de equivalência (estequiométrico): onde quantidades molares do titulante e do titulado atingem a proporção estequiométrica. O
nesse ponto depende das espécies presentes (sal formado, sua hidrólise) — não é universalmente . -
Ponto final do indicador: o instante em que o indicador muda de cor; depende do
do indicador. Idealmente escolhemos um indicador cujo intervalo de viragem contenha o do ponto de equivalência, mas não é automático que esse seja .
Exemplos que deixam isso claro:
- Titulação ácido forte (
) com base forte ( ): no ponto de equivalência a solução é água+sal neutro, e a tem . Aqui sim o ponto de viragem costuma ser perto de se o indicador for adequado. - Titulação ácido fraco (ex.: ácido acético,
) com base forte ( ): no ponto de equivalência existe a base conjugada , que hidrolisa e torna a solução básica; então (tipicamente por volta de dependendo concentrações). O ponto final do indicador deve estar no intervalo adequado (por exemplo fenolftaleína), e não em . - Titulação base fraca com ácido forte: no ponto de equivalência
.
Portanto a afirmação “o valor de
é sempre igual a
no ponto de viragem” é incorreta.
Conclusão para (e): a afirmação é falsa. Só em titulações ácido forte vs base forte (e a
) é que o ponto de equivalência é
; em outros casos o
do ponto de equivalência difere de
e o ponto final do indicador depende do indicador escolhido.
Resposta
a) Falsa
b) Falsa
c) Falsa
d) Falsa
e) Falsa
b) Falsa
c) Falsa
d) Falsa
e) Falsa