O óxido de mercúrio(I) decompõe-se em mercúrio ele- mentar e oxigênio elementar:
. (a) Escreva uma expressão para Keq, que inclua todos os reagentes e produtos. (b) Explique por que normalmente excluímos sólidos e líquidos puros das expressões da constante de equilíbrio. (c) Escreva uma expressão para K, que exclua os líquidos e sólidos puros da expressão de equilíbrio.
Resposta: (a)Keq
(b) A concentração em quantidade de matéria, a razão entre a quantidade de matéria e o volume ocupado pela substância são uma constante para sólidos e líquidos puros. (c)
Resposta: (a)Keq
Passo 1
O enunciado dá a reação e pede três coisas:
Perguntas:
(a) Escrever uma expressão para que inclua todos os reagentes e produtos.
(b) Explicar por que normalmente excluímos sólidos e líquidos puros das expressões da constante de equilíbrio.
(c) Escrever uma expressão para que exclua os líquidos e sólidos puros.
(a) Escrever uma expressão para
(b) Explicar por que normalmente excluímos sólidos e líquidos puros das expressões da constante de equilíbrio.
(c) Escrever uma expressão para
Informações relevantes do enunciado (que vou usar na resolução):
-
é sólido puro (fase sólida). -
é mercúrio elementar (fase condensada; no enunciado aparece como mercúrio elementar — é a fase líquida pura a temperatura ambiente). -
é gás (então sua participação no equilíbrio aparece via pressão parcial).
Passo 2
Conceito fundamental: expressão geral da constante de equilíbrio em termos de atividades. Para uma reação genérica
a constante de equilíbrio é escrita por
onde
é a atividade da espécie
. Explicando atividade de forma simples e prática:
- Para um gás ideal,
, onde é a pressão padrão (normalmente bar). Assim, numericamente muitas vezes usamos se tomarmos bar. - Para uma solução diluída,
(com mol·L ). - Para um sólido puro ou um líquido puro, a atividade
é definida como (constante) no modelo usual de equilíbrio químico; isso porque a “concentração” interna de um sólido puro (ou líquido puro) não muda quando pequenas quantidades reagem — a densidade/molaridade da fase condensada é constante.
Isso é essencial: as expressões de equilíbrio devem usar atividades; ao passar para pressões ou concentrações usamos as aproximações acima.
Passo 3
Aplicando a fórmula das atividades à reação dada: os coeficientes estequiométricos entram como potências das atividades. Assim a forma correta, completa e rigorosa é
Aqui:
-
= atividade do mercúrio elementar (líquido puro). -
= atividade do oxigénio (gás) . -
= atividade do óxido (sólido puro).
Se alguém escrever a expressão usando notação de “concentração” e pressão (menos rigorosa mas comum em exercícios), fica
onde aqui
e
simbolizam “medidas de quantidade” das fases condensadas — mas atenção: essa forma mistura notações e não é a forma mais fundamental (a forma em atividades do passo anterior é a correta filosoficamente).
Passo 4
Explicando didaticamente por que sólidos e líquidos puros normalmente são excluídos (resposta para o item (b)):
- A atividade de um sólido puro ou de um líquido puro é, por definição e escolha de escala,
. Isso vem da definição de atividade relativa à condição padrão da própria fase: a atividade é a razão entre a “fugacidade” (ou concentração efetiva) e a mesma grandeza na condição padrão; para uma fase condensada pura essa razão é constante e definida como . - Intuição prática: a “concentração” molar de um sólido puro é dada por
(densidade sobre massa molar), que não muda quando parte do sólido reage — pequenas variações na quantidade não alteram a densidade da fase. Assim essas espécies não controlam a posição do equilíbrio por variação de “concentração”, então sua contribuição é uma constante incorporada em . - Conclusão curta e útil para prova: como
e , podemos omiti-los ao escrever a expressão prática da constante de equilíbrio porque multiplicar/dividir por não altera o valor de .
Passo 5
Aplicando a regra do passo anterior ao nosso caso para obter a forma simplificada pedida em (c):
- Na expressão em atividades do Passo 3, coloque
(mercúrio líquido puro) e (óxido sólido puro). Isso reduz a expressão para
- Como
e tomando bar (convenção comum), numericamente obtemos
Portanto, na prática, a constante de equilíbrio para essa reação (quando omitimos as fases condensadas puras) é igual à pressão parcial do oxigénio no equilíbrio.
Passo 6
Observações finais úteis para a prova (curtas e práticas):
- Se pedirem forma rigorosa: escreva sempre a forma em atividades (Passo 3).
- Se pedirem a forma prática ou numérica, omita sólidos/líquidos puros e use pressões para gases: neste problema sobra apenas
. - Lembre-se de unidades:
é adimensional se você usar atividades (divididas pelas suas referências); numericamente, dizer implica que está sendo medido na unidade padrão (1 bar) — em exercícios de química geral isso é aceito e esperado.
Resposta
(a)
(equivalente comum:
)
(b) A atividade de um sólido puro ou de um líquido puro é constante e definida como ; portanto não afeta o valor de
e pode ser omitida da expressão prática do equilíbrio.
(c)
(b) A atividade de um sólido puro ou de um líquido puro é constante e definida como
(c)