Escreva a expressão para K, para as seguintes equações. Em cada caso indique se a reação é homogênea ou heterogênea.
Passo 1
O enunciado pede duas coisas: (1) escrever a expressão para
para a reação dada e (2) dizer se a reação é homogênea ou heterogênea. As informações fornecidas pelo enunciado são exatamente a equação química com as fases:
Observação: todos os quatro reagentes/produtos estão no estado gasoso, conforme indicado por
. Neste passo apenas listamos o que é pedido e as informações dadas — a resolução começa no próximo passo.
Passo 2
Vamos lembrar a lei da ação das massas (definição de constante de equilíbrio em termos de concentrações): para uma reação genérica
a constante de equilíbrio em termos de concentrações (denotada por
) é dada por
Aqui cada
significa a concentração molar da espécie
em mol·L^{-1}, e os expoentes
são os coeficientes estequiométricos da reação. Essa é a fórmula básica que vamos aplicar à reação do enunciado. Expliquei isso porque às vezes confundem os expoentes — eles vêm diretamente dos coeficientes estequiométricos.
Passo 3
Aplicando a fórmula do passo anterior diretamente à reação dada, identificamos:
-
com coeficiente , -
com coeficiente , -
com coeficiente , -
com coeficiente .
Substituindo em
obtemos a expressão em termos de concentrações:
Cada colchete denota concentração molar, e os expoentes
e
vêm dos coeficientes estequiométricos da reação.
Passo 4
Para reações em fase gasosa é comum trabalhar com a constante de equilíbrio em termos de pressões parciais, chamada
. A definição análoga é:
onde
é a pressão parcial do gás
(usualmente em atm). Essa expressão tem exatamente a mesma forma que
, mas usando pressões em vez de concentrações.
Passo 5
Existe uma relação entre
e
para reações gasosas:
onde
é a constante dos gases ideais,
é a temperatura em kelvin, e
é a variação do número de mols gasosos (produtos menos reagentes). Vamos calcular
para a reação dada:
Portanto a relação específica para esta reação é
Explicando as variáveis:
pode ser tomada como
se
está em mol·L^{-1} e pressões em atm;
deve estar em kelvin. Não precisamos calcular um valor numérico aqui, apenas a relação algébrica.
Passo 6
Classificação homogênea vs heterogênea: como todos os reagentes e produtos têm a mesma fase (todas as espécies estão no estado gasoso,
), a reação é homogênea. Lembrete didático: uma reação é heterogênea se houver mais de uma fase (por exemplo gases + sólido), caso em que as concentrações de sólidos puros ou líquidos puros não aparecem na expressão de
(são consideradas constantes iguais a 1). Aqui isso não se aplica porque não há sólidos nem líquidos puros na equação.
Passo 7
Recapitulando de forma prática para a prova:
- Use a lei da ação das massas: produto das concentrações (ou pressões) dos produtos elevados aos seus coeficientes dividido pelo produto das concentrações (ou pressões) dos reagentes elevados aos seus coeficientes.
- Para gases pode usar
(concentração) ou (pressões); lembrar da relação e calcular a partir dos coeficientes.
Resposta
Reação homogênea