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
(e) ao adicionar um catalisador à mistura reacional.

Passo 1

O enunciado dá a reação em equilíbrio e a entalpia padrão:
\mathrm{PCl}_{5}(\mathrm{g}) \rightleftharpoons \mathrm{PCl}_{3}(\mathrm{g})+\mathrm{Cl}_{2}(\mathrm{g})
\Delta H^\circ = 92{,}5\\ \mathrm{kJ/mol}
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.

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:
k = A\,e^{-E_a/(RT)}
onde k é a constante de velocidade, A é o fator pré-exponencial, E_a é a energia de ativação, R é a constante dos gases e T a temperatura. Se o catalisador reduz E_a, o expoente fica menos negativo e k cresce.

Passo 3

Como isso afeta as reações direta e inversa? (detalhe essencial)
  • Num equilíbrio químico reversível existem duas constantes de velocidade: k_\text{f} para a reação direta e k_\text{r} 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 k_\text{f} e também aumenta k_\text{r}. 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 K pode ser escrita, em termos de constantes de velocidade, como
K=\frac{k_\text{f}}{k_\text{r}}.
  • Se o catalisador multiplica k_\text{f} por um fator \alpha e multiplica k_\text{r} pelo mesmo fator \alpha, então
K'=\frac{\alpha k_\text{f}}{\alpha k_\text{r}}=\frac{k_\text{f}}{k_\text{r}}=K.
Logo, quando um catalisador acelera igualmente as duas direções, a razão entre elas (que é K) permanece inalterada.

Passo 5

Argumento termodinâmico (complementar e simples)
  • A constante de equilíbrio também é dada por termos termodinâmicos:
K=\mathrm{e}^{-\Delta G^\circ/(RT)},
onde \Delta G^\circ é a variação de energia livre padrão da reação. Um catalisador NÃO altera \Delta G^\circ (ele não muda os estados inicial e final, só o caminho entre eles). Assim, K não muda.
  • Conclusão termodinâmica: a composição de equilíbrio (frações molares, pressões parciais no equilíbrio) é determinada por \Delta G^\circ (ou \Delta H^\circ, \Delta S^\circ), 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 k_\text{f} e k_\text{r} da mesma forma; como K=k_\text{f}/k_\text{r} e K=\mathrm{e}^{-\Delta G^\circ/(RT)}, K 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 K nem a composição de equilíbrio.

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