A constante de equilibrio K_{c} para a reação de formação da amônia, a partir dos gases \mathrm{N}_{2} e \mathrm{H}_{2}, é 2,37 \times 10^{-3} a 720^{\circ} \mathrm{C}. Em um dado experimeno, as concentraçōes de equilibrio sāo: \left[\mathrm{N}_{2}\right]=0,683 \mathrm{M}, \left[\mathrm{H}_{2}\right]=8,80 \mathrm{M} e \left[\mathrm{NH}_{3}\right]=1,05 \mathrm{M}. Suponha que mais um pouco de \mathrm{NH}_{3} é adicionado à mistura, de modo que sua concentração aumenta para 3,65 \mathrm{M}. Com base no exposto, responda:
a. Recorra ao Princípio de Le Châtelier para prever em que sentido se desloca a reação até atingir um novo equilíbro.
b. Confirme a sua previsão calculando o quociente de reação Q_{c} e comparando o seu valor com o de K_{c}.

Passo 1

O enunciado trata do equilíbrio químico da reação de síntese da amônia:
\mathrm{N}_{2}(g) + 3\,\mathrm{H}_{2}(g) \;\rightleftharpoons\; 2\,\mathrm{NH}_{3}(g)
e fornece a constante de equilíbrio \,K_{c}=2,37\times10^{-3} a 720^\circ\mathrm{C}. No equilíbrio inicial as concentrações são [\mathrm{N}_{2}]=0,683\mathrm{\,M}, [\mathrm{H}_{2}]=8,80\mathrm{\,M} e [\mathrm{NH}_{3}]=1,05\mathrm{\,M}. Em seguida adiciona-se mais \mathrm{NH}_{3}, elevando sua concentração para 3,65\mathrm{\,M}.
O que precisamos fazer:
1) prever, pelo Princípio de Le Châtelier, para que lado o sistema se desloca;
2) calcular o quociente de reação Q_{c} com as novas concentrações e compará-lo a K_{c}.

Passo 2

Segundo o Princípio de Le Châtelier, ao se aumentar a concentração de um produto (
\mathrm{NH}_{3}
), o sistema reage consumindo parte desse produto para restabelecer o equilíbrio, ou seja, desloca-se no sentido dos reagentes (para a esquerda), reduzindo [\mathrm{NH}_{3}].

Passo 3

O quociente de reação Q_{c} tem a mesma forma algébrica de K_{c}, mas utiliza as concentrações momentâneas após a adição de \mathrm{NH}_{3}:
Q_{c} \;=\; \frac{[\mathrm{NH}_{3}]^{2}}{[\mathrm{N}_{2}]\,[\mathrm{H}_{2}]^{3}}.
Substituindo [\mathrm{NH}_{3}]=3,65\mathrm{\,M}, [\mathrm{N}_{2}]=0,683\mathrm{\,M} e [\mathrm{H}_{2}]=8,80\mathrm{\,M}:
\text{numerador} = (3,65)^{2} = 13,3225,
\text{denominador} = 0,683 \times (8,80)^{3} = 0,683 \times 681,472 = 465,45,
Q_{c} = \frac{13,3225}{465,45} \approx 2,86\times10^{-2}.

Passo 4

Comparando Q_{c}\approx2,86\times10^{-2} com K_{c}=2,37\times10^{-3}, vemos que Q_{c}>K_{c}. Isso confirma que há excesso de produtos e o equilíbrio desloca-se para a esquerda (formação de reagentes) até que Q_{c} volte a igualar K_{c}.

Resposta

a. A reação desloca-se para a esquerda (formação de reagentes).
b. Calculamos
Q_{c} = \frac{(3,65)^{2}}{0,683\,(8,80)^{3}} \approx 2,86\times10^{-2},
e, como Q_{c}>K_{c}, confirma-se o deslocamento para os reagentes.

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