Considere que, na temperatura
, a constante de equilíbrio para a reação de decomposição do
seja igual a 4,0, assumindo comportamento ideal dos gases.
Se, em determinado instante, na temperatura
, as pressões parciais de
e
forem iguais a 0,16 bar e 0,80 bar, respectivamente, então:
a) a reação não se encontrará em equilíbrio, mas as velocidades das reações direta e inversa serão iguais e diferentes de zero.
b) a reação se encontrará em equilíbrio, e a velocidade tanto da reação direta quanto da reação inversa será igual a zero.
c) a reação se encontrará em equilíbrio, e as velocidades das reações direta e inversa serão iguais.
a) a reação não se encontrará em equilíbrio, mas as velocidades das reações direta e inversa serão iguais e diferentes de zero.
b) a reação se encontrará em equilíbrio, e a velocidade tanto da reação direta quanto da reação inversa será igual a zero.
c) a reação se encontrará em equilíbrio, e as velocidades das reações direta e inversa serão iguais.
Passo 1
O enunciado fornece os seguintes dados e pede que a gente escolha qual das afirmativas (a), (b) ou (c) está correta para a situação dada. Dados relevantes:
- A constante de equilíbrio, à temperatura
, é . - A reação é
calor . - Em um instante, as pressões parciais são
e .
As perguntas implícitas que devemos responder: - A mistura está em equilíbrio nessa condição?
- Se estiver (ou não), como se comportam as velocidades das reações direta e inversa (iguais/diferentes; zero/não zero)?
Passo 2
Conceitos essenciais (mini-aula rápida e prática):
- Para reações gasosas na forma
, a constante de equilíbrio em pressões ( ) é dada por uma expressão que combina as pressões parciais dos gases, com expoentes iguais aos coeficientes estequiométricos. - Para a reação
, a expressão de (e também do quociente de reação ) é:
- Aqui:
-
é a pressão parcial do , -
é a pressão parcial do .
-
- O quociente de reação
tem a mesma expressão que , só que com as pressões presentes no instante considerado. Comparando com : - Se
: a reação progride no sentido direto (formar mais produtos). - Se
: a reação progride no sentido inverso (formar mais reagentes). - Se
: o sistema está em equilíbrio químico.
- Se
- No equilíbrio químico dinâmico, as velocidades da reação direta (
) e inversa ( ) são iguais, de modo que a variação líquida das concentrações/pressões é zero. Isso não significa que as velocidades sejam zero — geralmente são diferentes de zero (ocorre troca contínua de moléculas entre formas).
Passo 3
Calcular o quociente de reação
usando as pressões dadas:
Substituindo
e
:
Passo 4
Comparação e interpretação:
- Encontramos
e o enunciado diz que . Portanto . - Conclusão: a mistura está em equilíbrio químico à temperatura
. - Implicação sobre velocidades: no equilíbrio as velocidades da reação direta e da inversa são iguais. Isso faz com que a variação líquida das pressões seja zero. Porém, isso não implica que as velocidades sejam zero — elas costumam ser diferentes de zero (é um equilíbrio dinâmico).
Passo 5
Analisando as alternativas:
- (a) diz que a reação não está em equilíbrio => falso, pois
. - (b) diz que está em equilíbrio e que as velocidades direta e inversa são iguais a zero => falso, porque em equilíbrio dinâmico as velocidades são iguais mas normalmente não são zero.
- (c) diz que está em equilíbrio e as velocidades direta e inversa serão iguais => isso é exatamente o que decorre de
(equilíbrio dinâmico). Portanto (c) é a alternativa correta.
Resposta
c) a reação se encontrará em equilíbrio, e as velocidades das reações direta e inversa serão iguais.