Considere o seguinte sistema em equilíbrio:
Preveja em que sentido evolui o equilíbrio
(e) ao adicionar um catalisador à mistura reacional.
Preveja em que sentido evolui o equilíbrio
(e) ao adicionar um catalisador à mistura reacional.
Passo 1
O enunciado dá a reação em equilíbrio e a entalpia padrão:
A pergunta (item e) pede: preveja em que sentido evolui o equilíbrio ao adicionar um catalisador à mistura reacional.
Aqui eu só identifiquei o que é pedido e quais dados foram fornecidos — não comecei a resolver ainda.
Aqui eu só identifiquei o que é pedido e quais dados foram fornecidos — não comecei a resolver ainda.
Passo 2
O que faz um catalisador? (explicação conceitual bem passo a passo)
- Um catalisador oferece um caminho alternativo para a reação com menor barreira energética.
- Em termos de cinética, isso significa que as constantes de velocidade das etapas (taxas) aumentam porque a energia de ativação diminui. A equação de Arrhenius mostra isso:
onde
é a constante de velocidade,
é o fator pré-exponencial,
é a energia de ativação,
é a constante dos gases e
a temperatura. Se o catalisador reduz
, o expoente fica menos negativo e
cresce.
Passo 3
Como isso afeta as reações direta e inversa? (detalhe essencial)
- Num equilíbrio químico reversível existem duas constantes de velocidade:
para a reação direta e para a reação inversa. - O catalisador fornece um novo caminho de menor barreira tanto para a reação direta quanto para a inversa — ou seja, aumenta
e também aumenta . Isso acontece porque o mesmo estado de transição alternativo é acessível nos dois sentidos (o catalisador baixa a barreira entre reagentes e produtos).
Passo 4
Relação entre constantes de velocidade e constante de equilíbrio (ligando cinética e termodinâmica)
- A constante de equilíbrio
pode ser escrita, em termos de constantes de velocidade, como
- Se o catalisador multiplica
por um fator e multiplica pelo mesmo fator , então
Logo, quando um catalisador acelera igualmente as duas direções, a razão entre elas (que é
) permanece inalterada.
Passo 5
Argumento termodinâmico (complementar e simples)
- A constante de equilíbrio também é dada por termos termodinâmicos:
onde
é a variação de energia livre padrão da reação. Um catalisador NÃO altera
(ele não muda os estados inicial e final, só o caminho entre eles). Assim,
não muda.
- Conclusão termodinâmica: a composição de equilíbrio (frações molares, pressões parciais no equilíbrio) é determinada por
(ou , ), e o catalisador não altera esses valores, portanto não altera a posição de equilíbrio.
Passo 6
Interpretação final e consequência prática (como você deve responder numa prova)
- O catalisador não desloca o equilíbrio. O efeito prático é que o sistema alcança o equilíbrio mais rapidamente (a velocidade de aproximação ao equilíbrio aumenta), mas as concentrações/pressões no equilíbrio final permanecem as mesmas.
- Uma forma curta e segura de justificar numa prova: “o catalisador reduz as energias de ativação aumentando
e da mesma forma; como e , não muda, logo a posição do equilíbrio não se altera — só o tempo para atingi-lo diminui.”
Resposta
Ao adicionar um catalisador, o equilíbrio não se desloca; o catalisador aumenta as velocidades das reações direta e inversa, diminuindo o tempo para atingir o equilíbrio, sem alterar
nem a composição de equilíbrio.