- (EXEMPLO 9.11 - pg496). Considere o equilíbrio
Preveja o efeito sobre cada concentração no equilíbrio de remoção de
Passo 1
O enunciado dá o equilíbrio
e pede: prever o efeito sobre cada concentração no equilíbrio quando se remove
.
Informações relevantes fornecidas:
a reação química tal como escrita (note que os coeficientes não foram balanceados explicitamente no enunciado; vamos usar a forma dada, com coeficientes 1:1:1:1, porque o enunciado pergunta em termos de concentrações e do efeito qualitativo da remoção de produto).
a operação perturbadora: remoção de
do sistema em equilíbrio.
Perguntas que precisamos responder: o que acontece com ,
,
e
após a remoção de
e o subsequente reestabelecimento do equilíbrio.
Informações relevantes fornecidas:
Perguntas que precisamos responder: o que acontece com
Passo 2
Princípio físico que usamos (explicado de forma simples): quando um sistema em equilíbrio é perturbado, ele reage de modo a reduzir o efeito da perturbação — isto é, tende a deslocar o equilíbrio na direção que diminua a perturbação. Esse é o princípio de Le Châtelier. Aqui a perturbação é a remoção de produto (
), então o sistema tenderá a produzir mais produto para compensar a perda, deslocando a reação no sentido direto (da esquerda para a direita). Vou explicar isso com uma linguagem mais formal e com a ferramenta que permite prever direções: o quociente de reação.
Passo 3
Definição do quociente de reação e da constante de equilíbrio (fórmulas e significado):
Aqui:
-
é a concentração de amônia no instante considerado; o mesmo para as outras espécies. -
é o quociente de reação no instante considerado; mede a razão entre produtos e reagentes naquele instante. -
é a constante de equilíbrio (valor fixo a uma dada temperatura) definida da mesma forma com as concentrações de equilíbrio:
Regra prática:
- Se
, a reação tende a avançar (direção direta) para aumentar . - Se
, a reação tende a recuar (direção inversa) para diminuir . - Se
, o sistema já está em equilíbrio.
Passo 4
Efeito imediato da remoção de
sobre
:
- Ao remover
, a concentração cai instantaneamente. - Na expressão de
isso reduz o numerador, portanto diminui. Ou seja, imediatamente após a remoção teremos (porque não mudou pela simples remoção, é constante à temperatura fixa). - Como
, o equilíbrio desloca-se no sentido direto (esquerda → direita) para aumentar , ou seja, para produzir mais e e consumir e .
Passo 5
Modelo algebraico (ICE simplificado) para ver as variações em termos de mudanças:
- Denotemos as concentrações no equilíbrio inicial por
- Remove-se uma quantidade
de ; imediatamente após remoção:
- O sistema se desloca no sentido direto consumindo
e e formando e . Suponhamos que, por unidade de reação que avança, as concentrações mudam em (uso os coeficientes 1:1:1:1 conforme a equação dada). Então, após reequilíbrio:
- Observe os sinais:
e diminuem por , e aumentam por (a primeiro caiu por e depois subiu por ).
Passo 6
Interpretação qualitativa a partir do modelo:
-
e : como a reação se desloca para a direita, essas concentrações são consumidas — portanto, ambas diminuem em relação ao seu valor inicial de equilíbrio. Conclusão: diminui; diminui. -
: é formado quando a reação anda para a direita, logo aumenta em relação ao seu valor inicial de equilíbrio. -
: tem comportamento em dois passos: (i) imediatamente após a remoção sua concentração cai (ficou ); (ii) ao reequilibrar, a reação gera (aumenta por ). Assim, depois do reequilíbrio a será , ou seja, maior do que logo após a remoção, mas em relação ao valor original o resultado depende da relação entre e . Sem dados numéricos não dá para afirmar com certeza se é menor, igual ou maior que . Porém é sempre verdade que: - imediatamente após a remoção
caiu; - após reequilíbrio
aumentará em comparação ao valor imediatamente após a remoção (porque o sistema produz ); - em muitos casos típicos a produção parcial não compensa totalmente a quantidade removida (isto é, normalmente
), então o novo fica abaixo do original . Mas isso não é uma regra universal — depende dos valores de e das concentrações iniciais.
- imediatamente após a remoção
Passo 7
Exemplo numérico ilustrativo (para fixar a intuição):
- Suponha valores fictícios e simples:
(unidades arbitrárias) então . - Remova
, então imediatamente e . O sistema desloca-se para a direita. Se, por exemplo, o deslocamento for , então as novas concentrações seriam:
- Aqui vemos que
e diminuíram; aumentou; após reequilíbrio (0{,}8) ficou maior que o valor imediatamente após remoção (0{,}6) mas menor que o original (1). Esse exemplo mostra o comportamento típico, mas reforço: o valor final exato de comparado ao original depende de e das quantidades removidas.