(Ita 2019) Considere a reação genérica 2 \mathrm{~A}_{(\mathrm{g})} \rightleftarrows \mathrm{B}_{(\mathrm{g})}. No instante inicial, apenas o reagente A está presente. Sabendo que a reação direta é exotérmica, construa os gráficos de concentração de cada substância em função do tempo de reação para as seguintes condições:
a) desde o instante inicial até o equilíbrio, na presença e na ausência de catalisador.
b) a partir do equilíbrio inicial, com um rápido aumento da temperatura, até um novo equilíbrio.
c) a partir do equilíbrio inicial, com um rápido aumento da pressão, até um novo equilíbrio.
d) a partir do equilíbrio inicial, com a remoção rápida de 50 \% do produto B , até um novo equilíbrio.

Passo 1

O enunciado trata da reação gasosa genérica
2A_{(g)} \rightleftarrows B_{(g)}
cuja reação direta é exotérmica. Inicialmente há apenas A e, ao longo do tempo, formam-se produtos até atingir o equilíbrio. Precisamos esboçar gráficos de [\!A] e [\!B] em função do tempo para quatro situações. Vamos usar conceitos de cinética química (velocidade de reação, efeito de catalisador) e de equilíbrio (princípio de Le Chatelier).

Passo 2

Condição (a): de t=0 até o equilíbrio, com e sem catalisador
Sem catalisador, a concentração [\!A] decresce a partir de seu valor inicial de modo aproximadamente exponencial até um platô em [\!A]_{\rm eq}, enquanto [\!B] cresce complementarmente de zero até [\!B]_{\rm eq}. Com catalisador, as taxas direta e inversa aumentam, então as curvas alcançam o platô de equilíbrio mais rápido, mas os valores finais [\!A]_{\rm eq} e [\!B]_{\rm eq} permanecem os mesmos.

Passo 3

Condição (b): aumento rápido da temperatura a partir do equilíbrio inicial
Como a reação direta é exotérmica, um aumento de temperatura desloca o equilíbrio no sentido endotérmico (reação inversa), ou seja, consome B e regenera A. Logo, imediatamente após o choque térmico, [\!A] começa a subir de [\!A]_{\rm eq,1} para um novo valor maior [\!A]_{\rm eq,2} e [\!B] cai de [\!B]_{\rm eq,1} para um novo valor menor [\!B]_{\rm eq,2}, até atingir o novo equilíbrio.

Passo 4

Condição (c): aumento rápido da pressão a partir do equilíbrio inicial
No choque de pressão (por ex., redução de volume), o sistema se desloca para o lado de menor número de mols gasosos. Aqui, 2\,\text{mol} de A geram 1\,\text{mol} de B, então o equilíbrio se desloca para a direita. Após o choque, [\!A] diminui de [\!A]_{\rm eq,1} até [\!A]_{\rm eq,2} (menor) e [\!B] aumenta de [\!B]_{\rm eq,1} até [\!B]_{\rm eq,2} (maior).

Passo 5

Condição (d): remoção rápida de 50 % de B a partir do equilíbrio
Ao instantaneamente retirar metade de B, sua concentração salta para \tfrac12[\!B]_{\rm eq,1} enquanto [\!A] fica momentaneamente em [\!A]_{\rm eq,1}. Em seguida, o equilíbrio se desloca para a direita, consumindo A e gerando B até restaurar as concentrações originais de equilíbrio [\!A]_{\rm eq,1} e [\!B]_{\rm eq,1}.

Resposta

(a) Gráfico de [\!A] decrescente e de [\!B] crescente até um platô comum; com catalisador, mesma forma mas atingindo o platô mais cedo.
(b) Após aumento de T, [\!A] cresce de seu platô inicial a um novo platô mais alto; [\!B] cai a um platô mais baixo.
(c) Após aumento de pressão, [\!A] decresce a um novo platô mais baixo; [\!B] cresce a um novo platô mais alto.
(d) Ao remover 50 % de B, [\!B] salta para metade do valor inicial e depois cresce de volta ao platô original, enquanto [\!A] cai do platô inicial até restaurar o seu valor de equilíbrio.

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