(Brown, LeMay, Bursten, 2005) - Considere o seguinte equilíbrio, para o qual
:
Como cada uma das seguintes variações afetará a mistura dos três gases:
o volume de reação do recipiente é dobrado;
o volume de reação do recipiente é dobrado;
Passo 1
O enunciado dá o equilíbrio
com
(reação exotérmica). A única variação pedida é: o volume do recipiente é dobrado.
O que precisamos responder: como essa mudança afetará a mistura dos três gases (ou seja, para que lado o equilíbrio se desloca e o que acontece qualitativamente com as concentrações/pressões de ,
e
).
O que precisamos responder: como essa mudança afetará a mistura dos três gases (ou seja, para que lado o equilíbrio se desloca e o que acontece qualitativamente com as concentrações/pressões de
Passo 2
Relembrando duas ideias importantes (explicadas de forma direta):
- A constante de equilíbrio
(para pressões parciais) depende só da temperatura. Se a temperatura não mudou, então NÃO muda quando o volume muda. Vou assumir temperatura constante aqui. - A expressão do quociente de reação em termos de pressões (para esta reação) é
No equilíbrio inicial vale
.
Passo 3
O que acontece imediatamente após dobrar o volume, antes de qualquer reação ocorrer: as pressões parciais de todos os gases caem porque o mesmo número de mols ocupa um volume duas vezes maior. Se cada pressão parcial inicial for
, depois da expansão instantânea ela será aproximadamente
.
Vou calcular como
muda imediatamente após a expansão. Substituindo
com
na expressão de
:
Como
, tem-se
. Portanto imediatamente após a expansão
Mas no estado inicial
, logo
.
Passo 4
Interpretação do resultado do passo anterior: se
, o sistema não está mais em equilíbrio e tende a deslocar-se no sentido que reduz
até que
seja restaurado. Para diminuir
é preciso diminuir
e/ou aumentar
e
. Isso significa deslocar o equilíbrio para a esquerda (para os reagentes), produzindo
e
e consumindo
.
Esse resultado também pode ser obtido pelo princípio de Le Châtelier de maneira mais direta: dobrar o volume reduz a pressão total; o sistema responde favorecendo o lado com maior número de mols gasosos. Aqui os reagentes têm
mols gasosos por “unidade” frente a
mols no produto, então o equilíbrio desloca-se para a esquerda (lado com mais mols).
Passo 5
Consequências qualitativas finais e como observar na prova:
- Após a expansão o equilíbrio desloca-se para a esquerda até um novo equilíbrio ser alcançado.
- Resultado sobre as pressões (ou concentrações) em relação ao equilíbrio inicial:
-
aumenta (volta a subir enquanto a reação consome e forma ); -
aumenta (mesma razão que ); -
diminui (é consumido pela reação no sentido inverso).
-
- A constante
permanece a mesma (temperatura constante). O movimento foi uma reacomodação das quantidades para restaurar .
Pequena intuição prática: pense que, ao aumentar o volume, ficou “mais espaço” — então o sistema favorece o lado com mais moléculas para “preencher” esse espaço; por isso os reagentes (3 mols) aumentam em relação ao produto (2 mols).