Escreva as expressões de Kc e Kp para as seguintes reações:
Passo 1
O enunciado pede para escrever as expressões de
e
para a seguinte reação de equilíbrio:
Informações relevantes fornecidas:
- As espécies presentes e seus estados são:
(sólido), (gás), (líquido) e (gás). - Precisamos escrever (a) a expressão de
(constante de equilíbrio em termos de concentrações) e (b) a expressão de (constante de equilíbrio em termos de pressões parciais).
Passo 2
Conceito e fórmula geral de
. Vou explicar passo a passo o que é e como montar:
- Em equilíbrio químico, a constante
é definida como o quociente entre o produto das concentrações molares dos produtos, cada uma elevada ao seu coeficiente estequiométrico, e o produto das concentrações molares dos reagentes, também com seus expoentes. - Fórmula geral (para uma reação genérica): se a reação é
então
Aqui
representa a concentração molar (
) da espécie
.
- Importante: para constantes de equilíbrio em termos de atividade, as atividades de fases puras (sólidos e líquidos puros) são consideradas iguais a
. Na prática, quando usamos concentrações como aproximação de atividades, omitimos sólidos e líquidos puros da expressão de porque sua atividade é constante e incorporada no valor da constante. Ou seja, apenas espécies em fase gasosa ou em solução aquosa aparecem explicitamente em .
Passo 3
Aplicando a regra ao nosso equilíbrio para obter
:
- A reação é
. - Seguindo a regra, só incluímos as espécies que não são sólido/lar (aqui
e são gases; e são omitidos). - Ambos os coeficientes estequiométricos dos gases são
. Logo,
Explicando de novo com calma: no numerador colocamos a concentração do produto gasoso
(expoente
), no denominador a concentração do reagente gasoso
(expoente
). Sólido e líquido não entram porque suas atividades são
.
Passo 4
Conceito e fórmula geral de
. Agora em termos de pressões:
- Para equilibríos envolvendo gases, podemos definir
em termos das pressões parciais dos gases, análogo a : o produto das pressões parciais dos produtos (cada uma elevada ao seu coeficiente) dividido pelo produto das pressões parciais dos reagentes. - Fórmula geral (para a mesma reação genérica):
onde
é a pressão parcial do gás
.
- Assim, para nosso caso, considerando apenas os gases
e , ambos com coeficiente :
Passo 5
Relação entre
e
(para entendimento e aplicação em prova):
- Existe a relação geral
onde
é a constante dos gases ideais,
a temperatura em kelvin e
é a variação do número de mols gasosos (produtos menos reagentes).
- Calculemos
para a reação: número molar de gases nos produtos = (apenas ); número molar de gases nos reagentes = (apenas ). Portanto
- Como
, obtemos e, consequentemente,
Isto significa que numericamente, para qualquer temperatura dada, as duas expressões que escrevemos anteriormente têm o mesmo valor numérico (embora representem grandezas fisicamente diferentes: uma em concentrações e outra em pressões).