(Ita 2019) Considere a reação genérica
. No instante inicial, apenas o reagente
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
do produto B , até um novo equilíbrio.
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
Passo 1
O enunciado trata da reação gasosa genérica
cuja reação direta é exotérmica. Inicialmente há apenas
e, ao longo do tempo, formam-se produtos até atingir o equilíbrio. Precisamos esboçar gráficos de
e
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
até o equilíbrio, com e sem catalisador
Sem catalisador, a concentração decresce a partir de seu valor inicial de modo aproximadamente exponencial até um platô em
, enquanto
cresce complementarmente de zero até
. Com catalisador, as taxas direta e inversa aumentam, então as curvas alcançam o platô de equilíbrio mais rápido, mas os valores finais
e
permanecem os mesmos.
Sem catalisador, a concentração
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 e regenera
. Logo, imediatamente após o choque térmico,
começa a subir de
para um novo valor maior
e
cai de
para um novo valor menor
, até atingir o novo equilíbrio.
Como a reação direta é exotérmica, um aumento de temperatura desloca o equilíbrio no sentido endotérmico (reação inversa), ou seja, consome
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, de
geram
de
, então o equilíbrio se desloca para a direita. Após o choque,
diminui de
até
(menor) e
aumenta de
até
(maior).
No choque de pressão (por ex., redução de volume), o sistema se desloca para o lado de menor número de mols gasosos. Aqui,
Passo 5
Condição (d): remoção rápida de 50 % de
a partir do equilíbrio
Ao instantaneamente retirar metade de , sua concentração salta para
enquanto
fica momentaneamente em
. Em seguida, o equilíbrio se desloca para a direita, consumindo
e gerando
até restaurar as concentrações originais de equilíbrio
e
.
Ao instantaneamente retirar metade de
Resposta
(a) Gráfico de
decrescente e de
crescente até um platô comum; com catalisador, mesma forma mas atingindo o platô mais cedo.
(b) Após aumento de ,
cresce de seu platô inicial a um novo platô mais alto;
cai a um platô mais baixo.
(c) Após aumento de pressão, decresce a um novo platô mais baixo;
cresce a um novo platô mais alto.
(d) Ao remover 50 % de ,
salta para metade do valor inicial e depois cresce de volta ao platô original, enquanto
cai do platô inicial até restaurar o seu valor de equilíbrio.
(b) Após aumento de
(c) Após aumento de pressão,
(d) Ao remover 50 % de