Escreva as expressões para
em relação às seguintes reações balanceadas.
Passo 1
O enunciado dá a reação balanceada
e pede que se escrevam as expressões para
. As informações relevantes são:
-
está no estado sólido . -
está no estado gasoso com coeficiente estequiométrico . -
está no estado gasoso com coeficiente estequiométrico .
O objetivo é escrever as expressões usuais de constante de equilíbrio (por exemplo em termos de concentrações e em termos de pressões parciais) e a relação entre elas, se aplicável.
Passo 2
Entendendo o que é uma expressão de
(acontece uma mini-aula aqui, sem pular etapas).
- A constante de equilíbrio em termos de concentrações, normalmente chamada de
, é definida como o quociente entre os produtos das atividades dos produtos elevados aos seus coeficientes estequiométricos e os produtos das atividades dos reagentes elevados aos seus coeficientes. - Para soluções diluídas e gases ideais, aproximamos atividade por concentração (para espécies em solução) ou por pressão parcial (para gases). Na notação prática usamos colchetes para concentrações:
significa concentração molar (mol·L^{-1}) e para pressões parciais. - Uma regra muito importante para equilíbrios heterogêneos: a atividade de um sólido puro ou de um líquido puro é
. Isso significa que espécies no estado sólido (como ) não aparecem explicitamente na expressão de . - Então, em termos práticos:
e
Passo 3
Aplicando a regra da atividade do sólido à nossa reação:
é sólido puro, então sua atividade é
e não aparece na expressão de
.
Escrevendo a expressão de (constante em função de concentrações) para a reação, considerando que só aparecem espécies gasosas (ou que têm atividade variável) na expressão:
Escrevendo a expressão de
Aqui expliquei cada símbolo:
-
é a concentração molar de em mol·L^{-1}. -
é a concentração molar de em mol·L^{-1}. - O expoente
em vem do coeficiente estequiométrico de na reação.
Passo 4
Agora a expressão de
(constante em função das pressões parciais) segue a mesma ideia, trocando concentrações por pressões parciais. Assim:
Onde:
-
é a pressão parcial de (por exemplo em atm). -
é a pressão parcial de .
Passo 5
Relação entre
e
(outra mini-aula rápida).
- Para reações gasosas existe a relação geral
onde: -
é a constante dos gases ideais (por exemplo se se usa pressão em atm e volume em L), -
é a temperatura absoluta em kelvin, -
é a variação do número de mols gasosos: (mols gasosos dos produtos) (mols gasosos dos reagentes).
-
- No nosso caso, os mols gasosos dos produtos são
(um mol de ) e dos reagentes são (dois mols de ), logo - Substituindo em
obtemos: - Inversamente,
Passo 6
Observações finais rápidas e de ajuda para prova (motivação e dica prática).
- Lembre-se: nunca inclua a espécie sólida na expressão de
(atividade igual a ). Isso é um ponto que costuma cair em prova para confundir. - Cuidado com unidades: a forma correta e rigorosa usa atividades adimensionais; em exercícios práticos costuma-se usar concentrações em mol·L^{-1} e pressões em atm, e aplicar a relação com
consistente com essas unidades. - Se te derem valores de concentrações ou pressões, basta substituir nas expressões que escrevemos acima para calcular
ou .