Exercício 08:

(a) Como um quociente de reação é usado para determinar se um sistema está em equilíbrio? (b) Se Q>K_{e q}, de que maneira a reação deve continuar para chegar ao equilíbrio? (c) No início.de determinada reação, apenas reagentes estão presentes; nenhum produto é formado. Qual o valor de Q neste ponto da reação?

Passo 1

O enunciado pergunta sobre o quociente de reação Q e como ele é usado para verificar se um sistema está em equilíbrio, além de pedir a direção em que a reação evolui quando Q>K_{eq} e o valor de Q no início da reação, quando só há reagentes.

Passo 2

Para uma reação genérica
aA + bB \rightleftharpoons cC + dD
definimos o quociente de reação Q como
Q = \frac{[C]^c\,[D]^d}{[A]^a\,[B]^b},
onde [X] são as concentrações molares instantâneas. A constante de equilíbrio K_{eq} é exatamente esse mesmo quociente calculado no ponto em que o sistema alcança o equilíbrio.

Passo 3

Comparamos Q com K_{eq} para saber se o sistema está em equilíbrio:
  • Se Q = K_{eq}, o sistema já está em equilíbrio.
  • Se Q < K_{eq}, ainda faltam produtos, então a reação segue no sentido direto (forma produtos) até Q subir até K_{eq}.
  • Se Q > K_{eq}, há produtos em excesso, então a reação segue no sentido inverso (forma reagentes) até Q cair até K_{eq}.

Passo 4

No caso específico Q > K_{eq}, o numerador de Q (produtos) está grande demais em relação ao denominador (reagentes), logo a reação se desloca para a esquerda, consumindo produtos e gerando reagentes até que Q diminua e se iguale a K_{eq}.

Passo 5

No início da reação só existem reagentes, ou seja, as concentrações de todos os produtos são zero e, portanto, o numerador de Q é zero. Assim,
Q = 0.

Resposta

(a) Compara-se Q com K_{eq}: se Q=K_{eq} o sistema está em equilíbrio; se Q<K_{eq} evolui para produtos; se Q>K_{eq} evolui para reagentes.
(b) Se Q > K_{eq}, a reação se desloca no sentido inverso (forma reagentes) até Q igualar K_{eq}.
(c) No início, como não há produtos, Q = 0.

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