• (AUTOTESTE 9.14A - pg496). Considere o equilíbrio
\mathrm{SO}_{3}(\mathrm{~g})+\mathrm{NO}(\mathrm{~g}) \rightleftarrows \mathrm{SO}_{2}(\mathrm{~g})+\mathrm{NO}_{2}(\mathrm{~g})
Preveja o efeito sobre cada concentração no equilíbrio de adição de \mathrm{NO}_{2}.

Passo 1

O enunciado nos dá o equilíbrio
\text{SO}_3(\text{g})+\text{NO}(\text{g}) \rightleftarrows \text{SO}_2(\text{g})+\text{NO}_2(\text{g})
e pede: ao adicionar \text{NO}_2, qual será o efeito sobre cada concentração no equilíbrio?
Informações relevantes fornecidas:
  • As espécies envolvidas são \text{SO}_3, \text{NO}, \text{SO}_2 e \text{NO}_2.
  • Foi feita uma perturbação: adição de \text{NO}_2.
  • A temperatura é considerada constante (situação típica de perguntas de Le Chatelier).

Passo 2

Conceitos que vamos usar (explicados com calma):
  • Equilíbrio químico: num sistema em equilíbrio as velocidades direta e inversa são iguais e as concentrações permanecem constantes no tempo.
  • Constante de equilíbrio K: para essa reação, definimos
K=\frac{[\text{SO}_2][\text{NO}_2]}{[\text{SO}_3][\text{NO}]},
onde [\text{X}] significa concentração da espécie \text{X}. K depende da temperatura e, se a temperatura não muda, K é fixo.
  • Quociente de reação Q: tem a mesma forma de K, mas usa as concentrações instantâneas. Ou seja,
Q=\frac{[\text{SO}_2]_{\text{inst}}[\text{NO}_2]_{\text{inst}}}{[\text{SO}_3]_{\text{inst}}[\text{NO}]_{\text{inst}}}.
Comparação Q versus K indica para que lado a reação vai se deslocar:
  • Se Q>K a reação desloca-se no sentido que reduz Q (sentido que consome produtos e forma reagentes).
  • Se Q<K desloca-se no sentido que aumenta Q (consome reagentes e forma produtos).
  • Princípio de Le Chatelier (versão intuitiva): quando se perturba um equilíbrio (p.ex. adicionando um reagente ou produto), o sistema reage de modo a reduzir essa perturbação.

Passo 3

Efeito imediato da adição de \text{NO}_2:
  • Ao adicionar \text{NO}_2, a concentração instantânea [\text{NO}_2] aumenta imediatamente.
  • Colocando isso em Q, como [\text{NO}_2] está no numerador, então Q aumenta imediatamente. Logo, após a adição teremos tipicamente Q>K.

Passo 4

Como o sistema responde para restaurar o equilíbrio:
  • Se Q>K, a reação deve deslocar-se no sentido que reduz Q. Para reduzir Q (diminuir o numerador e/ou aumentar o denominador) a reação vai no sentido inverso (esquerda), ou seja, consome \text{SO}_2 e \text{NO}_2 e forma \text{SO}_3 e \text{NO}.
  • Pela estequiometria 1:1:1:1, quando a reação desloca-se à esquerda, para cada mol de \text{NO}_2 consumido forma-se 1 mol de \text{NO} e 1 mol de \text{SO}_3; também é consumido 1 mol de \text{SO}_2.

Passo 5

Consequências qualitativas finais (explicadas):
  • [\text{NO}_2]: imediatamente sobe por causa da adição. Depois o equilíbrio desloca-se à esquerda e parte do \text{NO}_2 adicional é consumida. O valor final de [\text{NO}_2] após o novo equilíbrio normalmente fica maior do que o valor antes da adição (porque só parte do que foi adicionado é consumido), mas menor do que o pico imediato logo após a adição. Em resumo: [\text{NO}_2] aumenta (comparado ao equilíbrio inicial), embora caia um pouco a partir do pico imediato.
  • [\text{SO}_2]: é consumido na reação inversa, portanto [\text{SO}_2] diminui em relação ao equilíbrio inicial.
  • [\text{SO}_3]: é formado pela reação inversa, portanto [\text{SO}_3] aumenta em relação ao equilíbrio inicial.
  • [\text{NO}]: também é formado pela reação inversa, portanto [\text{NO}] aumenta em relação ao equilíbrio inicial.

Passo 6

Resumo rápido com a razão por trás de cada mudança:
  • Adiciona-se \text{NO}_2 \Rightarrow Q aumenta ( Q>K) \Rightarrow reação desloca-se à esquerda (consome produtos, forma reagentes) \Rightarrow
    • [\text{NO}_2] final: maior que antes da adição (mas menor que o valor logo após a adição);
    • [\text{SO}_2] final: menor que antes;
    • [\text{SO}_3] final: maior que antes;
    • [\text{NO}] final: maior que antes.

Resposta

[\text{SO}_3] aumenta
[\text{NO}] aumenta
[\text{SO}_2] diminui
[\text{NO}_2] aumenta (comparado ao equilíbrio inicial; porém fica menor que o pico imediato gerado pela adição)

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