Considere o seguinte equilíbrio, para o qual
Como cada uma das seguintes variações afetará a mistura em equilíbrio dos três gases?
o volume do recipiente de reação é dobrado;
Como cada uma das seguintes variações afetará a mistura em equilíbrio dos três gases?
o volume do recipiente de reação é dobrado;
Passo 1
O enunciado dá o equilíbrio químico
e pergunta explicitamente: como a mistura em equilíbrio dos três gases será afetada quando o volume do recipiente for dobrado?
Informações relevantes listadas:
Informações relevantes listadas:
- A reação está em equilíbrio;
- Todos os participantes são gases;
- O volume do recipiente é dobrado (assumimos temperatura constante, já que não foi dito o contrário).
A partir daqui vamos analisar passo a passo o efeito dessa variação sobre as pressões parciais/quantidades de, e .
Passo 2
Conceitos fundamentais que vamos usar (explicados de forma simples):
- Pressão parcial e Lei dos gases ideais: para um gás ideal, a pressão parcial
é proporcional ao número de mols e inversamente proporcional ao volume :
Se eu dobrar
mantendo
e
fixos, cada pressão parcial será reduzida pela metade imediatamente após a expansão.
2) Constante de equilíbrio em termos de pressões ( ): para esta reação a constante de equilíbrio em pressões é
2) Constante de equilíbrio em termos de pressões (
Aqui
é a pressão parcial de
, etc.
depende apenas da temperatura — não muda se só alterarmos volume à temperatura constante.
3) Quociente de reação em pressões : tem a mesma forma de
mas usa as pressões momentâneas. Se
a reação desloca-se para a esquerda (consome produtos, forma reagentes). Se
desloca-se para a direita.
3) Quociente de reação em pressões
Passo 3
Efeito imediato da dobra do volume (antes do sistema reagir para restabelecer o equilíbrio):
Se as pressões de equilíbrio iniciais eram ,
,
(valores que obedeciam
), então imediatamente após dobrar o volume, sem que ocorra avanço da reação, as novas pressões são
Se as pressões de equilíbrio iniciais eram
Agora calculemos o quociente de reação nesse instante:
Portanto, imediatamente após a expansão temos
.
Passo 4
Interpretação do resultado
:
Como , a condição de equilíbrio foi perturbada no sentido de haver relativamente muitos produtos (
) em relação aos reagentes. Para restabelecer o equilíbrio o sistema reage no sentido que diminui
, ou seja, desloca-se para a esquerda (reação inversa), consumindo
e formando
e
. Isso também é consistente com o Princípio de Le Chatelier: a expansão reduz a pressão total; o sistema tende a aumentar a pressão novamente favorecendo o lado com maior número de mols gasosos. À esquerda há
mols gasosos e à direita
mols; então a esquerda tem mais mols e é favorecida quando o volume aumenta.
Como
Passo 5
Mudanças qualitativas nas quantidades/pressões dos gases até o novo equilíbrio:
-
: será consumido pela reação inversa, logo a pressão parcial/quantidade de diminui em relação ao estado de equilíbrio original; -
e : serão formados pela reação inversa, então as pressões parciais/quantidades de e aumentam em relação ao estado de equilíbrio original.
Obs.: imediatamente após a expansão todos oscaem para metade; depois do deslocamento à esquerda parte dessa queda é compensada (a pressão de e sobe em relação ao valor “metade”), mas o novo equilíbrio ocorre em pressões totais geralmente menores que as iniciais porque o volume é maior. O importante para a prova é saber a direção do deslocamento e como cada espécie é afetada: e aumentam, diminui.
Passo 6
Resumo da razão física e do procedimento que você pode reproduzir rápido na prova:
- Escreva
. - Ao dobrar
à temperatura constante, cada é instantaneamente . Substitua no quociente para ver se ficou maior ou menor que . - Se
— desloca-se para a esquerda (forma reagentes). Se — desloca-se para a direita (forma produtos). No caso aqui dá , então desloca-se para a esquerda.
Use esse passo-a-passo na prova: é rápido e seguro.
Resposta
O equilíbrio desloca-se para a esquerda (sentido inverso). A quantidade/pressão de
diminui e as de
e
aumentam (comparado ao estado de equilíbrio anterior).