Dado o equilíbrio:
calor em que sentido ele é deslocado quando:
Se diminui a pressão do sistema?
Se diminui a pressão do sistema?
Passo 1
O enunciado dá o equilíbrio
e pergunta: em que sentido o equilíbrio é deslocado quando se diminui a pressão do sistema?
Informações relevantes que o enunciado fornece:
- A reação libera calor (isto é, é exotérmica).
- As estequiometrias gasosas (supondo todas as espécies gasosas): no lado dos reagentes há
mols de gás por reação completa e no lado dos produtos há mols de gás (se estiver no estado gasoso). - Se
estiver no estado líquido, então no lado dos produtos não há mols gasosos (apenas os reagentes são gasosos, totalizando mols gasosos do lado esquerdo e do direito).
Observação (sem resolver): a resposta depende de como a pressão altera as pressões parciais dos gases; por isso vamos usar conceitos que relacionam pressões parciais e o princípio de Le Châtelier para decidir o sentido do deslocamento.
Passo 2
Conceitos úteis (curta aula): equilíbrio, quociente de reação e Princípio de Le Châtelier.
- O quociente de pressões (para gases) é definido por exemplo como
onde
são as pressões parciais dos componentes.
- Em equilíbrio,
(constante de equilíbrio a uma dada temperatura). Se uma perturbação muda as pressões parciais de modo que passe a ser diferente de , o sistema desloca-se para reestabelecer . - O Princípio de Le Châtelier (forma prática): se você muda uma variável externa (pressão, temperatura, concentração), o equilíbrio se desloca no sentido que tende a contrariar essa mudança. Para variações de pressão (feitas por mudança de volume), a tendência é deslocar para o lado que tem mais mols gasosos quando a pressão diminui (para preencher o vazio) e para o lado que tem menos mols gasosos quando a pressão aumenta.
Passo 3
Relação matemática simples que explica o efeito da mudança de pressão sobre
.
Suponha que todas as pressões parciais sejam multiplicadas por um fator
(por exemplo, ao expandir o volume à temperatura fixa, todas as pressões parciais caem proporcionalmente:
com
). Então o novo quociente será
onde
soma dos coeficientes estequiométricos dos produtos (aqui
) e
soma dos coeficientes dos reagentes (aqui
). Note que usamos a propriedade de potências ao multiplicar cada pressão por
.
Passo 4
Aplicando ao nosso caso: os expoentes somados dão
Portanto
Como uma diminuição de pressão corresponde a
, temos
, então
. Se antes do choque o sistema estava em equilíbrio (
), após a diminuição de pressão fica
.
Passo 5
Interpretação do que significa
:
- Quando
, o sentido espontâneo do deslocamento é para os reagentes (para a esquerda), porque assim diminui até voltar a igualar . Logo, após a queda de pressão o equilíbrio desloca-se para a esquerda (formando mais e , consumindo ).
Passo 6
Comentário sobre o estado físico da água:
- Se
estiver gasosa, usamos exatamente o argumento acima (produtos têm mols gasosos vs mols nos reagentes) e a conclusão é deslocamento para a esquerda. - Se
estiver líquida, o líquido não aparece em (atividade ≈ ) e o lado dos produtos tem mols gasosos enquanto os reagentes têm mols gasosos; uma diminuição de pressão ainda favorece o lado com mais mols gasosos, ou seja, os reagentes — conclusão também: deslocamento para a esquerda. (Portanto, em qualquer caso prático aqui, queda de pressão desloca para a esquerda.)
Resposta
O equilíbrio desloca-se para a esquerda (formação de
e
, consumindo
).