O dióxido de nitrogênio é um gás de cor castanha que se transforma parcialmente em tetróxido de dinitrogênio, um gás incolor. O equilíbrio entre essas espécies pode ser representado por:
Indique qual(is) alternativa(s) está(ão) correta(s):
a) o aumento da concentração de
favorecerá a reação inversa.
b) o aumento da temperatura favorecerá a reação direta.
c) o aumento da pressão favorecerá a reação direta.
d) a diminuição da concentração de
favorecerá a reação inversa.
e) o aumento da temperatura diminuirá o valor numérico da constante de equilíbrio.
a) o aumento da concentração de
b) o aumento da temperatura favorecerá a reação direta.
c) o aumento da pressão favorecerá a reação direta.
d) a diminuição da concentração de
e) o aumento da temperatura diminuirá o valor numérico da constante de equilíbrio.
Passo 1
O enunciado fornece a reação de equilíbrio e a informação sobre o calor liberado:
O que pede: indicar quais alternativas (a), (b), (c), (d), (e) estão corretas. Vou listar as alternativas exatamente como aparecem:
a) o aumento da concentração de favorecerá a reação inversa.
b) o aumento da temperatura favorecerá a reação direta.
c) o aumento da pressão favorecerá a reação direta.
d) a diminuição da concentração de favorecerá a reação inversa.
e) o aumento da temperatura diminuirá o valor numérico da constante de equilíbrio.
a) o aumento da concentração de
b) o aumento da temperatura favorecerá a reação direta.
c) o aumento da pressão favorecerá a reação direta.
d) a diminuição da concentração de
e) o aumento da temperatura diminuirá o valor numérico da constante de equilíbrio.
Informações relevantes extraídas do enunciado (que vou usar depois):
- A estequiometria:
mols de no lado dos reagentes e mol de no lado dos produtos. -
significa que a reação direta (formação de ) é exotérmica (libera calor). - Posso escrever a expressão da constante de equilíbrio em termos de concentrações:
Passo 2
Breve explicação do conceito que eu vou usar (sem ainda aplicar aos itens): princípio de Le Châtelier e como perturbações afetam o equilíbrio.
- O princípio de Le Châtelier diz, em linguagem simples: se um sistema em equilíbrio é perturbado (por mudança de concentração, pressão, volume, temperatura), o equilíbrio se desloca no sentido que tende a reduzir essa perturbação.
- Para perturbação por concentração: compare o quociente de reação
com
. Se
o sentido favorecido é o direto (formar mais produto). Se
favorece o sentido inverso (formar mais reagente).
- Para pressão: o efeito depende da variação no número de mols gasosos do lado dos produtos e reagentes. Defino
Nesse caso
. Aumentar a pressão favorece o lado com menos mols gasosos (aquela que reduz a pressão).
- Para temperatura: temperatura altera a constante de equilíbrio
. A forma diferencial da relação de Van’t Hoff:
onde
é a entalpia padrão da reação,
é a constante dos gases e
é a temperatura em Kelvin. Do sinal de
tira-se se
aumenta ou diminui com
.
Passo 3
Aplicando o raciocínio às alternativas relacionadas a mudança de concentração (itens a e d).
- Aumentar a concentração de
(item a).
- Se aumento
instantaneamente, o quociente diminui (porque o denominador aumenta). Assim e o sistema reage no sentido direto para aumentar e consumir . Ou seja, favorece a reação direta (formação de ), não a inversa. Portanto a) é falsa.
- Diminuir a concentração de
(item d).
- Se reduzo
, então diminui também (numerador menor), o que novamente faz e o equilíbrio desloca para a direita (direto), formando mais . Logo a diminuição de favorece a reação direta, não a inversa. Portanto d) é falsa.
Passo 4
Aplicando o raciocínio ao efeito da pressão (item c).
- Aqui usei a contagem de mols gasosos:
. Há menos mols gasosos do lado dos produtos. - Aumentar a pressão total (por compressão/ redução de volume) desloca o equilíbrio para o lado que tem menos mols gasosos, para reduzir a pressão. Portanto o equilíbrio desloca-se para a direita (formação de
). Assim o aumento da pressão favorece a reação direta. Portanto c) é verdadeira.
Observação prática e útil: se a pressão for aumentada adicionando um gás inerte à pressão constante e mesmo volume, a pressão parcial dos reagentes/produtos não muda e o equilíbrio pode não se deslocar — a conclusão acima refere-se ao aumento da pressão que altera as pressões parciais dos componentes (por ex. compressão).
Passo 5
Aplicando o raciocínio ao efeito da temperatura (itens b e e).
-
Interpretação qualitativa com Le Châtelier: a reação direta é exotérmica (
), ou seja, libera calor. Em termos práticos, pode-se considerar o calor como um “produto” da reação direta. Se eu aumento a temperatura (isto é, adiciono calor), o sistema tende a consumir esse excesso de calor, deslocando o equilíbrio para o lado endotérmico — que neste caso é a reação inversa (dissociação do em ). Portanto o aumento de temperatura favorece a reação inversa, não a direta. Assim b) é falsa. -
Efeito sobre a constante
com Van’t Hoff: a relação
mostra que o sinal de
segue o sinal de
. Aqui
, logo
: ao aumentar
,
diminui, portanto
diminui. Isso confirma quantitativamente que o aumento da temperatura reduz o valor numérico da constante de equilíbrio para uma reação exotérmica. Portanto e) é verdadeira.
Complemento intuitivo: já que o equilíbrio desloca-se para a esquerda quando
aumenta, a razão
fica menor — isto é,
diminui.
Passo 6
Resumo das conclusões para cada alternativa (frase curta e razão):
a) falsa — aumentar desloca para a direita (direto), não para a inversa.
b) falsa — aumentar favorece a reação inversa porque a reação direta é exotérmica.
c) verdadeira — aumentar a pressão favorece o lado com menos mols gasosos (direto aqui).
d) falsa — diminuir desloca para a direita (direto), não para a inversa.
e) verdadeira — para , a constante de equilíbrio
diminui quando a temperatura aumenta (Van’t Hoff).
a) falsa — aumentar
b) falsa — aumentar
c) verdadeira — aumentar a pressão favorece o lado com menos mols gasosos (direto aqui).
d) falsa — diminuir
e) verdadeira — para
Resposta
c)
e)