• (AUTOTESTE 9.14B - pg496). Considere o equilíbrio
\mathrm{CO}(\mathrm{~g})+\mathrm{H}_{2}(\mathrm{~g}) \rightleftharpoons \mathrm{CH}_{3} \mathrm{OH}(\mathrm{~g})
Preveja o efeito sobre cada concentração no equilíbrio de
remoção de \mathrm{CH}_{3} \mathrm{OH}

Passo 1

Enunciado e o que é pedido. Temos o equilíbrio químico
\mathrm{CO}(\mathrm{g}) + \mathrm{H}_2(\mathrm{g}) \rightleftharpoons \mathrm{CH}_3\mathrm{OH}(\mathrm{g}).
A pergunta: o que acontece com cada concentração quando se remove \mathrm{CH}_3\mathrm{OH} do sistema que estava em equilíbrio? Listei claramente as quantidades sobre as quais devo comentar: [\mathrm{CO}], [\mathrm{H}_2] e [\mathrm{CH}_3\mathrm{OH}].

Passo 2

Intuição física e princípio que usamos (explicação didática). Quando um sistema em equilíbrio sofre uma perturbação, ele tende a reagir de modo a “contrariar” essa perturbação — isso é o Princípio de Le Châtelier. Para raciocinar de forma mais concreta usamos também o quociente de reação
Q=\frac{[\mathrm{CH}_3\mathrm{OH}]}{[\mathrm{CO}]\,[\mathrm{H}_2]}
e a constante de equilíbrio K. Num equilíbrio inicial valia Q=K. Se perturbamos removendo produto, o valor atual de Q fica menor que K (porque numerador diminui), e a reação se desloca no sentido que aumenta Q, ou seja, desloca-se para a direita (formar mais produto) até que Q volte a igualar K.

Passo 3

Efeito imediato da remoção. Se eu tirar \mathrm{CH}_3\mathrm{OH} do sistema imediatamente após a remoção:
[\mathrm{CH}_3\mathrm{OH}]\\ \text{diminui imediatamente.}
Os reagentes [\mathrm{CO}] e [\mathrm{H}_2] não mudam instantaneamente (a menos que a remoção envolva também fuga de reagentes), portanto logo após a remoção temos Q<K e o sistema não está mais em equilíbrio.

Passo 4

Resposta do sistema durante o reestabelecimento do equilíbrio (razão estequiométrica e sinais). Para retornar a Q=K o sistema reage no sentido direto:
\mathrm{CO} + \mathrm{H}_2 \longrightarrow \mathrm{CH}_3\mathrm{OH}.
Chamando x a quantidade (em concentração) que reage no sentido direto durante o reajuste, as variações serão:
[\mathrm{CO}]_{\text{final}} = [\mathrm{CO}]_{\text{inicial}} - x,
[\mathrm{H}_2]_{\text{final}} = [\mathrm{H}_2]_{\text{inicial}} - x,
[\mathrm{CH}_3\mathrm{OH}]_{\text{final}} = [\mathrm{CH}_3\mathrm{OH}]_{\text{após remoção}} + x.óçã
Portanto, durante o reequilíbrio [\mathrm{CO}] e [\mathrm{H}_2] diminuem (consumidos) e [\mathrm{CH}_3\mathrm{OH}] aumenta (produzido) até que Q volte a ser K.

Passo 5

Comparação final com o estado inicial antes da remoção (conclusão clara). É importante distinguir dois momentos: (a) imediatamente após a remoção e (b) após o novo equilíbrio ser estabelecido.
  • Imediatamente após a remoção: [\mathrm{CH}_3\mathrm{OH}] fica menor; [\mathrm{CO}] e [\mathrm{H}_2] inalterados.
  • Após o sistema reequilibrar: houve deslocamento para a direita, então comparando o novo equilíbrio com o equilíbrio original:
    • [\mathrm{CO}] ficará menor do que no equilíbrio original (porque parte dele foi consumida para repor produto).
    • [\mathrm{H}_2] ficará menor do que no equilíbrio original (mesma razão).
    • [\mathrm{CH}_3\mathrm{OH}] ficará maior do que o valor imediatamente após a remoção (pois parte foi reposta), porém normalmente permanecerá menor do que o valor do equilíbrio original — ou seja, não se recupera totalmente ao nível inicial porque removemos parte do produto e os reagentes disponíveis não são aumentados para repor tudo. Assim, o novo [\mathrm{CH}_3\mathrm{OH}] satisfaz
    \frac{[\mathrm{CH}_3\mathrm{OH}]_{\text{final}}}{[\mathrm{CO}]_{\text{final}}\,[\mathrm{H}_2]_{\text{final}}}=K.

Passo 6

Exemplo numérico curto para fixar a intuição (opcional, mas ajuda). Suponha um equilíbrio inicial com [\mathrm{CO}]=1{,}00, [\mathrm{H}_2]=1{,}00 e [\mathrm{CH}_3\mathrm{OH}]=0{,}50. Então K=0{,}50/(1\cdot1)=0{,}50. Se eu removo 0{,}20 de \mathrm{CH}_3\mathrm{OH}, o numerador vira 0{,}30 e Q=0{,}30< K, então reage para a direita. Se resolvermos a conta (definindo x formado), obtemos x\approx0{,}10, então as concentrações finais ficam aproximadamente [\mathrm{CO}]=0{,}90, [\mathrm{H}_2]=0{,}90 e [\mathrm{CH}_3\mathrm{OH}]=0{,}40. Note que [\mathrm{CH}_3\mathrm{OH}] aumentou em relação ao 0{,}30 imediato, mas ficou abaixo do 0{,}50 original; [\mathrm{CO}] e [\mathrm{H}_2] diminuíram em relação ao original.

Resposta

[\mathrm{CO}] diminui.
[\mathrm{H}_2] diminui.
[\mathrm{CH}_3\mathrm{OH}] diminui em relação ao equilíbrio original (mas aumenta em relação ao valor imediatamente após a remoção, já que o sistema reequilibra produzindo parte do produto).

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