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

Passo 1

O enunciado dá a reação de equilíbrio
\mathrm{SO}_{3}(\mathrm{g})+\mathrm{NO}(\mathrm{g}) \rightleftharpoons \mathrm{SO}_{2}(\mathrm{g})+\mathrm{NO}_{2}(\mathrm{g})
e pede: ao adicionarmos \mathrm{NO} (g), qual será o efeito sobre cada concentração no novo equilíbrio?\n
Informações relevantes que temos do enunciado:
\text{1. A reação está em equilíbrio.}çãáí
\text{2. Todas as espécies são gasosas.}éã
\text{3. Vamos adicionar uma quantidade de } \mathrm{NO} \text{ ao sistema à temperatura constante.}à
O que precisamos prever: o que acontece com as concentrações de \mathrm{SO}_{3}, \mathrm{NO}, \mathrm{SO}_{2} e \mathrm{NO}_{2} depois que o sistema voltar ao equilíbrio.

Passo 2

Conceito-chave (passo-a-passo): reação em equilíbrio tem constante de equilíbrio K que, para concentrações, é dada por uma expressão do tipo razão entre produtos e reagentes. Definimos o quociente de reação Q exatamente com a mesma expressão que usa concentrações momentâneas; comparar Q com K indica para que lado a reação vai se deslocar.\n
Para essa reação, escrevemos o quociente de reação
Q=\frac{[\mathrm{SO}_{2}]\,[\mathrm{NO}_{2}]}{[\mathrm{SO}_{3}]\,[\mathrm{NO}]}
e a constante de equilíbrio (àquela temperatura) é
K=\frac{[\mathrm{SO}_{2}]_{\text{eq}}\,[\mathrm{NO}_{2}]_{\text{eq}}}{[\mathrm{SO}_{3}]_{\text{eq}}\,[\mathrm{NO}]_{\text{eq}}}.
Interpretação prática:
  • Se Q<K, há tendência da reação seguir no sentido direto (formar produtos) até restabelecer Q=K.
  • Se Q>K, a reação tende a ir no sentido inverso (formar reagentes) até restabelecer Q=K.
  • A adição de uma espécie muda Q imediatamente; o sistema então “se move” para restaurar Q=K.

Passo 3

Análise imediata ao adicionar \mathrm{NO}: suponha que, no equilíbrio inicial, as concentrações sejam
[\mathrm{SO}_{3}]=a,\quad [\mathrm{NO}]=b,\quad [\mathrm{SO}_{2}]=c,\quad [\mathrm{NO}_{2}]=d.
Então a constante é
K=\frac{c\,d}{a\,b}.
Agora adicionamos uma quantidade \Delta de \mathrm{NO}, de modo que instantaneamente (antes de qualquer reação ocorrer) a concentração de \mathrm{NO} fica b+\Delta. O novo quociente imediato é
Q_{\text{imediato}}=\frac{c\,d}{a\,(b+\Delta)}.
Como b+\Delta>b, temos
Q_{\text{imediato}}=\frac{c\,d}{a\,(b+\Delta)}<\frac{c\,d}{a\,b}=K.
Portanto Q_{\text{imediato}}<K, o que significa que, imediatamente após a adição, a reação favorece o sentido direto (para a direita): vai consumir reagentes e formar produtos.

Passo 4

Descrever o deslocamento e como as concentrações mudam: para restaurar o equilíbrio o sistema reage no sentido direto. Podemos representar o avanço do deslocamento por uma quantidade x>0 consumida no sentido direto. Usando uma tabela ICE simbólica:
\begin{array}{lcl} & \text{inicial (após adição)} & \text{variação} \\\ [\mathrm{SO}_{3}] & a & -x \\\ [\mathrm{NO}] & b+\Delta & -x \\\ [\mathrm{SO}_{2}] & c & +x \\\ [\mathrm{NO}_{2}] & d & +x \end{array}óçãçã
Assim, no novo equilíbrio teremos
[\mathrm{SO}_{3}]_{\text{novo}}=a-x,
[\mathrm{NO}]_{\text{novo}}=b+\Delta-x,
[\mathrm{SO}_{2}]_{\text{novo}}=c+x,
[\mathrm{NO}_{2}]_{\text{novo}}=d+x,
com x>0 porque a reação foi impulsionada para a direita.

Passo 5

Concluindo os sinais das variações (o que a prova costuma cobrar):
  • [\mathrm{SO}_{3}] diminui porque é consumido no sentido direto; matematicamente a-x<a.
  • [\mathrm{SO}_{2}] aumenta porque é formado no sentido direto; matematicamente c+x>c.
  • [\mathrm{NO}_{2}] aumenta porque é formado no sentido direto; matematicamente d+x>d.
  • [\mathrm{NO}] tem um comportamento em dois tempos: imediatamente sobe para b+\Delta (porque adicionamos) e depois cai parcialmente ao reagir (subtrai x), ficando b+\Delta-x. Como a reação só consome parte do que foi adicionado (o deslocamento não consome toda a \Delta), o valor final b+\Delta-x é maior que o valor original b. Portanto [\mathrm{NO}] no novo equilíbrio é maior do que antes da adição, mas menor do que o pico imediato logo após a adição.\n
    Observação importante: a constante K não muda (assumimos temperatura constante). O equilíbrio apenas se desloca para restabelecer Q=K.

Resposta

[\mathrm{SO}_{3}] diminui\n
[\mathrm{NO}] aumenta (a curto prazo sobe muito; após o ajuste fica maior que antes, mas menor que o pico imediato)\n
[\mathrm{SO}_{2}] aumenta\n
[\mathrm{NO}_{2}] aumenta

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