A constante de equilíbrio (
) da reação
é 0,113 a 298 K , a qual corresponde a uma variação de energia livre de Gibbs padrão de
. Supondo que em um certo experimento, as pressões parciais sejam:
atm e
atm, calcule
para a reação a estas pressões parciais e preveja a direção da reação global até atingir o equilíbrio.
Passo 1
O enunciado dá a reação
e pede duas coisas: calcular
para a reação nas pressões parciais dadas e prever a direção em que a reação evoluirá até o equilíbrio. As informações fornecidas são:
a
(isso corresponde a
— dado do enunciado), e as pressões parciais medidas são
; e
Passo 2
Definimos o quociente de reação (razão de pressões)
para pressões como a expressão análoga à de
, usando os coeficientes estequiométricos como expoentes. Para a reação dada,
Explicação curta e prática: cada espécie gasosa entra em
com o expoente igual ao seu coeficiente estequiométrico (aqui
para
e
para
). Se
a reação tende a avançar no sentido dos produtos; se
tende a retroceder; se
está no equilíbrio.
Passo 3
Calculamos
com os valores fornecidos. Primeiro elevamos
ao quadrado:
Agora dividimos por
:
Passo 4
Usamos a relação que liga
para condições quaisquer com a variação padrão
:
onde:
-
é a variação de energia livre naquelas pressões parciais (o que queremos calcular); -
é a variação de energia livre padrão fornecida ( ); -
é a constante dos gases, ; -
é a temperatura absoluta, aqui ; -
é o logaritmo natural; -
é o quociente calculado no passo anterior.
Observação sobre unidades: comoestá em , é mais seguro calcular em joules e depois converter para para somar com .
Passo 5
Calculamos
:
Agora o termo
em joules:
onde fizemos a conversão final dividindo por
para passar de J para kJ (o produto numérico em J é aproximadamente
, que é
arredondando).
Passo 6
Agora somamos os termos para obter
:
Interpretação física (didática):
indica que, nas condições dadas, a transformação espontânea favorece a formação dos produtos. Isso também é consistente com a comparação
e
: como
, a reação se deslocará para a direita (formando mais
) até que
aumente e se torne igual a
no equilíbrio.