Dê um exemplo específico de uma reação entre gases ideais para a qual (a) a posição de equilibrio é independente da pressão;
Passo 1
O enunciado pede um exemplo específico de uma reação entre gases ideais para a qual a posição de equilíbrio seja independente da pressão.
Informações relevantes dadas pelo enunciado: (i) todos os reagentes e produtos são gases ideais; (ii) queremos que a posição de equilíbrio (i.e., as composições em equilíbrio) não mude se alterarmos a pressão total do sistema; (iii) devemos fornecer uma reação concreta (fórmula química balanceada).
Informações relevantes dadas pelo enunciado: (i) todos os reagentes e produtos são gases ideais; (ii) queremos que a posição de equilíbrio (i.e., as composições em equilíbrio) não mude se alterarmos a pressão total do sistema; (iii) devemos fornecer uma reação concreta (fórmula química balanceada).
Passo 2
Conceito-chave que vamos usar (apresentado de forma limpa e devagar): para uma reação gasosa genérica
o equilíbrio em termos de pressões parciais é dado por
onde
é a constante de equilíbrio em função da temperatura e cada
é a pressão parcial do gás
. Aqui:
-
são os coeficientes estequiométricos (números inteiros); -
é a pressão parcial do componente ; -
depende somente da temperatura para gases ideais.
Passo 3
Relacionando pressões parciais com pressão total: em um misto de gases ideais a pressão parcial de cada componente é
onde
é a fração molar do componente
e
é a pressão total. Substituindo na expressão de
obtemos
Definimos a variação no número de mols gasosos como
Passo 4
Conclusão prática a partir da fórmula: a dependência de
com a pressão total aparece através do fator
. Se
então o fator
é
, e a relação entre as frações molares em equilíbrio e
não envolve mais
. Ou seja, para
a posição de equilíbrio (as frações molares
) não depende da pressão total, apenas de
(logo da temperatura) e das condições iniciais (proporções molares iniciais).
Passo 5
Portanto, para responder ao enunciado precisamos escolher uma reação gasosa balanceada em que o número total de mols gasosos dos reagentes seja igual ao dos produtos, isto é, uma reação com
. Um exemplo clássico e simples é:
Aqui:
- número de mols à esquerda:
; - número de mols à direita:
; - logo
.
Passo 6
Mostrando explicitamente que a pressão total não aparece: para essa reação a constante em pressões é
Usando
obtemos
Não há
na expressão final, então a composição em equilíbrio (os
) é determinada por
e pelas condições iniciais, mas não pela pressão total — exatamente o que o enunciado pediu.
Passo 7
Resumo e dica rápida para prova (pra te animar): sempre que quiser testar se a posição de equilíbrio de uma reação gasosa muda com a pressão, calcule
. Se
, a posição de equilíbrio é independente da pressão. Reações semelhantes que também funcionam são, por exemplo,
(também tem
).