Considere o seguinte sistema a 350^{\circ} \mathrm{C} :
\mathrm{N}_{2(\mathrm{~g})}+3 \mathrm{H}_{2(\mathrm{~g})} \leftrightarrow 2 \mathrm{NH}_{3(\mathrm{~g})}
\mathrm{Q}=\frac{\left[\mathrm{NH}_{3}\right]^{2}}{\left[\mathrm{~N}_{2}\right]\left[\mathrm{H}_{2}\right]^{3}}
Tempo \left[\mathbf{N}_{\mathbf{2}}\right] \left[\mathbf{H}_{\mathbf{2}}\right] \left[\mathbf{N H}_{\mathbf{3}}\right] \mathbf{Q}
\mathrm{t}_{0} 1,000 1,000 0 0
\mathrm{t}_{1} 0,874 0,634 0,252 0,28
\mathrm{t}_{2} 0,814 0,442 0,372 1,97
\mathrm{t}_{3} 0,786 0,358 0,428 5,08
\mathrm{t}_{4} 0,781 0,343 0,438 6,09
\mathrm{t}_{5} 0,781 0,343 0,438 6,09

Passo 1

O enunciado mostra o equilíbrio químico a 350^\circ\mathrm{C} da reação
\mathrm{N}_{2(\mathrm g)} + 3\,\mathrm{H}_{2(\mathrm g)} \;\rightleftharpoons\; 2\,\mathrm{NH}_{3(\mathrm g)}
e dá, em vários instantes t_i, as concentrações e o quociente de reação
Q = \frac{[\mathrm{NH}_3]^2}{[\mathrm{N}_2]\,[\mathrm{H}_2]^3}.
Queremos entender como o sistema evolui até atingir o equilíbrio e determinar a constante de equilíbrio K_c.

Passo 2

Na teoria de equilíbrio químico vale:
  • Se Q < K_c, o sistema não está em equilíbrio e a reação anda no sentido direto (formação de produtos).
  • Se Q > K_c, a reação anda no sentido inverso (formação de reagentes).
  • Se Q = K_c, o sistema está em equilíbrio.

Passo 3

Comparemos os valores de Q da tabela com um valor constante K_c desconhecido até o momento:
- Em t_1, Q=0{,}28. Supondo que o equilíbrio ainda não foi atingido, temos Q<K_c, logo a reação anda no sentido direto.
- Em t_2, Q=1{,}97. Ainda Q<K_c, continua indo para a direita.
- Em t_3, Q=5{,}08. Se ainda não atingiu equilíbrio, segue Q<K_c.
- Em t_4, Q=6{,}09. Observa-se que em t_5 o valor de Q permanece 6{,}09, ou seja, não muda mais. Isso significa que a partir de t_4 o sistema alcançou o equilíbrio e Q parou de variar.

Passo 4

No instante em que Q se torna constante (a partir de t_4), esse valor é a constante de equilíbrio K_c. Logo,
K_c = 6{,}09.

Resposta

O sistema atinge o equilíbrio em t_4 e a constante de equilíbrio é
K_c = 6{,}09.

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