Dióxido de carbono no estado gasoso pode reagir com grafite para a formação de monóxido de carbono, que por sua vez pode formar carbono sólido e gás oxigênio. Baseado nessas informações, determine qual a composição no equílibrio para uma condição operacional de 1 bar e 2000 K. Em seguida, afirme se a reação teria uma maior conversão caso ocorresse a 1000 K, justificando a resposta em função de conceitos apresentados no encontro virtual.
Passo 1
Beleza, vamos por partes. O enunciado diz que dióxido de carbono gasoso reage com grafite formando monóxido de carbono, e esse CO pode se decompor em carbono sólido e oxigênio gasoso. Precisamos achar a composição de equilíbrio (frações molares ou pressões parciais de CO₂, CO e O₂) a 1 bar e 2000 K. O conteúdo aqui é equilíbrio químico heterogêneo, usando constantes de equilíbrio em função de ΔG° e fazendo balanço de material.
Passo 2
Primeiro, escrevemos as duas reações de equilíbrio separadas e suas expressões de :
Boudouard:
Decomposição do CO:
Da tabela termodinâmica (ou do enunciado do encontro virtual) obtemos, a 2000 K:
Passo 3
Agora definimos variáveis. Começamos com CO₂ puro a 1 bar, sem CO e sem O₂:
– avanço da reação 1:
– avanço da reação 2:
Pressões parciais (em bar) no equilíbrio:
Como a pressão total é 1 bar, vale
Passo 4
Agora impomos as duas condições de equilíbrio:
PCOPCO2=raizKp1=raiz10approx3,16
x + 3,16,x = 1Longrightarrow x = 0,241
Como PCO2=0,241,bar, PCO=0,759,bar vai ficar muito pequenininha (reação 2 é pouco favorecida), a gente primeiro resolve a 1 pra achar a razão :
Se a reação ocorresse a 1000 K, a constante seria menor (reações endotérmicas favorecem mais o produto a T alta), então o CO se formaria muito menos. Em outras palavras, a conversão seria menor a 1000 K por causa do Princípio de Le Chatelier aplicado a uma reação endotérmica.