Considere o seguinte sistema em equilíbrio:
\mathrm{PCl}_{5}(\mathrm{~g}) \rightleftharpoons \mathrm{PCl}_{3}(\mathrm{~g})+\mathrm{Cl}_{2}(\mathrm{~g}) \quad \Delta \mathrm{H}^{\circ}=92,5 \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol}
Preveja em que sentido evolui o equilíbrio
(b) ao adicionar mais cloro gasoso à mistura reacional;

Passo 1

Enunciado e informações dadas:\n
A reação em equilíbrio é \mathrm{PCl}_{5}(\mathrm{g}) \rightleftharpoons \mathrm{PCl}_{3}(\mathrm{g}) + \mathrm{Cl}_{2}(\mathrm{g}). O calor padrão da reação é \Delta H^{\circ} = 92{,}5\\ \mathrm{kJ/mol} (ou seja, a reação direta é endotérmica).\n
O que se pede: prever em que sentido o equilíbrio evolui quando se adiciona mais \mathrm{Cl}_2 gasoso à mistura reacional.\n
Informações relevantes extraídas do enunciado:\n
  • Foi adicionada mais quantidade de \mathrm{Cl}_2(\mathrm{g}) (produto da reação).\n
  • A reação é homogênea em fase gasosa com estequiometria 1:1:1.\n
  • \Delta H^{\circ} é positivo (a reação direta absorve calor), informação que pode ser útil se houvesse variação de temperatura, mas o enunciado não altera a temperatura ao adicionar \mathrm{Cl}_2.\n

Passo 2

Conceito do quociente de reação e constante de equilíbrio (explicação didática):\n
Para equilibrar sistemas químicos usamos o quociente de reação Q e a constante de equilíbrio K. Esses conceitos dizem se, naquele instante, a mistura está “em equilíbrio” ou se tende a reagir num dos sentidos.\n
Definição prática para gases (usando pressões parciais):\n
Q_p = \frac{P_{\mathrm{PCl}_3}\;P_{\mathrm{Cl}_2}}{P_{\mathrm{PCl}_5}}\n
Aqui P_{\mathrm{PCl}_3}, P_{\mathrm{Cl}_2}, P_{\mathrm{PCl}_5} são as pressões parciais dos gases. Quando o sistema está em equilíbrio, Q_p = K_p. Se Q_p < K_p o sentido espontâneo é para a direita (formar produtos); se Q_p > K_p o sentido espontâneo é para a esquerda (formar reagente).\n
Explicação do porquê: Q_p mede a “proporção momentânea” entre produtos e reagentes; o sistema reajusta para que essa proporção volte ao valor K_p próprio da temperatura.\n

Passo 3

Aplicando o conceito ao caso de adicionar \mathrm{Cl}_2: raciocínio simbólico (muito útil na prova)\n
Suponha que, no equilíbrio inicial, as pressões parciais sejam \,P_{\mathrm{PCl}_5}=a\,,\;P_{\mathrm{PCl}_3}=b\,,\;P_{\mathrm{Cl}_2}=c\, de tal forma que\n
\frac{b\,c}{a}=K_p.\n
Agora adicionamos uma quantidade de \mathrm{Cl}_2, aumentando sua pressão parcial em \Delta > 0. As novas pressões (imediatamente após adicionar, antes de novo equilíbrio) são \,P_{\mathrm{PCl}_5}=a\,,\;P_{\mathrm{PCl}_3}=b\,,\;P_{\mathrm{Cl}_2}=c+\Delta\,.\n
O novo quociente de reação é\n
Q'_p=\frac{b\,(c+\Delta)}{a}= \frac{b c}{a}\left(1+\frac{\Delta}{c}\right)=K_p\left(1+\frac{\Delta}{c}\right).\n
Como \Delta>0 e c>0, segue que Q'_p > K_p.\n

Passo 4

Interpretação com base em Le Châtelier (explicação didática do princípio):\n
O princípio de Le Châtelier diz que, se um sistema em equilíbrio sofre uma perturbação (aqui: aumento da pressão parcial de \mathrm{Cl}_2), o sistema responde de modo a minimizar essa perturbação. Como Q'_p > K_p, o sistema não está mais em equilíbrio e reagirá no sentido que reduz o excesso de produto — isto é, no sentido da esquerda (reação inversa), consumindo \mathrm{Cl}_2 e \mathrm{PCl}_3 para formar \mathrm{PCl}_5 até que Q_p volte a igualar K_p.\n
Em palavras simples: ao acrescentar \mathrm{Cl}_2 o equilíbrio desloca-se para formar mais \mathrm{PCl}_5, porque isso consome o \mathrm{Cl}_2 extra.\n

Passo 5

Comentário sobre \Delta H^{\circ} e por que aqui ele não muda o raciocínio principal (dica de prova):\n
\Delta H^{\circ}=92{,}5\\ \mathrm{kJ/mol} indica que a reação direta é endotérmica. Isso importa se você alterar a temperatura: aumentar a temperatura favoreceria a reação endotérmica (direita) e diminuir a temperatura favoreceria a reação exotérmica (esquerda). Porém, na perturbação pedida no enunciado só adicionamos \mathrm{Cl}_2 (sem mudar a temperatura), portanto a informação de \Delta H^{\circ} só serve como contexto — a direção da resposta ao aumento de \mathrm{Cl}_2 é determinada pelo fato de termos aumentado a concentração/pressão de um produto, não pelo sinal de \Delta H^{\circ}.\n

Passo 6

Resumo prático para a prova (frases curtas e memorizáveis):\n
  • Adicionar produto \Rightarrow Q>K imediatamente \Rightarrow desloca para a esquerda.\n
  • No nosso caso: adicionou-se \mathrm{Cl}_2 (produto), logo o equilíbrio desloca-se para a esquerda formando \mathrm{PCl}_5.\n
    Se quiser decorar: “mais produto → volta para os reagentes”.\n

Resposta

O equilíbrio desloca-se para a esquerda, no sentido da formação de \mathrm{PCl}_5.

Exercícios relacionados