Considere a decomposição do carbonato de cálcio:
Escreva uma expressão para a constante de equilíbrio
para a reação.
Passo 1
O enunciado dá a reação de decomposição:
E pede: escrever uma expressão para a constante de equilíbrio
dessa reação. Informações relevantes fornecidas:
- Existem duas espécies no estado sólido:
e . - Há uma espécie no estado gasoso:
. - Não há outros gases nem fases aquosas listadas.
Passo 2
O que é
e como se escreve em geral?
-
é a constante de equilíbrio escrita em termos de pressões parciais dos gases. - Para uma reação genérica escrita como soma de espécies com coeficientes estequiométricos
, a forma geral é
onde
é a pressão parcial do componente gasoso
e
é o coeficiente estequiométrico: positivo para produtos e negativo para reagentes (ou alternativamente usar apenas produtos dividido por reagentes, equivalendo ao mesmo).
- Observação didática rápida sobre pressões parciais: a pressão parcial
é a pressão que o gás exerceria se ocupasse sozinho o volume na mesma temperatura; em uma mistura de gases, a soma das pressões parciais dá a pressão total.
Passo 3
Como tratar espécies no estado sólido?
- Em termodinâmica de equilíbrio químico, a atividade de um sólido puro em sua forma padrão é, por convenção, igual a
. - Isso significa que sólidos puros não aparecem explicitamente na expressão de
: suas contribuições multiplicativas são e, portanto, não afetam o produto final. - Em palavras amigas: só entram na expressão de
as pressões (ou atividades) das espécies gasosas (ou dissolvidas, se estivesse em solução).
Passo 4
Aplicando a regra à reação dada:
- Produtos gasosos:
com coeficiente estequiométrico . - Reagentes gasosos: nenhum (os sólidos não entram).
Pela forma geral,
Passo 5
Simplificando e interpretando:
- Assim, a expressão fica simplesmente
- Interpretação prática: no equilíbrio, a constante
é numericamente igual à pressão parcial de (na unidade usada para ; em cursos introdutórios costuma-se usar ou outra unidade de pressão consistente). - Observação técnica (quem gosta de rigor): formalmente
é adimensional quando se usam razões de fugacidades/pressões em relação a uma pressão padrão; para gás ideal e uso instrucional, escrever é a forma prática e aceita.
Passo 6
Exemplo numérico rápido para fixar (opcional, mas ajuda):
- Se num experimento, no equilíbrio a pressão parcial de
for , então . - Isso significa que, enquanto houver tanto
quanto presentes, a pressão do acomodará exatamente esse valor de .