Preveja a direção na qual o equilíbrio irá se deslocar quando cada uma das mudanças ocorrerem.
\mathrm{N}_{2} \mathrm{O}_{4(\mathrm{~g})} \rightleftarrows 2 \mathrm{NO}_{2(\mathrm{~g})} \quad \Delta \mathrm{H}^{\circ}=+58 \mathrm{~kJ}
\quad \mathrm{NO}_{2(\mathrm{~g})} é removido a temperatura constante

Passo 1

Vou listar claramente o que o enunciado dá e o que pede.
  • Reação fornecida (está pegando do enunciado):
\mathrm{N_2O_4_{(g)}} \rightleftarrows 2\,\mathrm{NO_2_{(g)}},\qquad \Delta H^\circ = +58\\ \text{kJ}
  • Condição dada: \mathrm{NO_2_{(g)}} é removido à temperatura constante.
  • Pergunta: prever a direção para a qual o equilíbrio irá se deslocar quando \mathrm{NO_2} for removido (mantendo a temperatura constante).

Passo 2

Conceitos essenciais (explicadinho, passo a passo).
  • Equilíbrio químico: num sistema em equilíbrio as concentrações se estabilizam de modo que a razão entre produtos e reagentes é constante. Essa constante é chamada de constante de equilíbrio K.
  • Para a reação dada a expressão de K (em termos de concentrações) é
K=\dfrac{[\mathrm{NO_2}]^{2}}{[\mathrm{N_2O_4}]},
onde [\mathrm{NO_2}] e [\mathrm{N_2O_4}] são as concentrações em equilíbrio de cada espécie.
  • O quociente de reação Q tem a mesma forma da expressão de K, porém usa as concentrações instantâneas (que podem não estar em equilíbrio):
Q=\dfrac{[\mathrm{NO_2}]^{2}}{[\mathrm{N_2O_4}]}.
  • Regra prática para decidir a direção do deslocamento: se Q<K o sistema reage no sentido direto (para a direita) para aumentar Q; se Q>K o sistema reage no sentido inverso (para a esquerda) para diminuir Q; se Q=K está em equilíbrio.

Passo 3

Aplicando ao caso concreto (remoção de \mathrm{NO_2}).
  • Suponha que antes da remoção, nas condições de equilíbrio, as concentrações sejam
[\mathrm{N_2O_4}]=a,\qquad [\mathrm{NO_2}]=b,
de modo que
K=\dfrac{b^{2}}{a}.
  • Agora remove-se \delta>0 de \mathrm{NO_2}. Imediatamente após a remoção (antes do novo ajuste do equilíbrio) a concentração de \mathrm{NO_2} passa a ser b-\delta e a de \mathrm{N_2O_4} permanece momentaneamente a. O quociente instantâneo fica
Q_{\text{após remoção}}=\dfrac{(b-\delta)^{2}}{a}.óçã
  • Como (b-\delta)^{2}<b^{2} (porque \delta>0), segue que
Q_{\text{após remoção}}<\dfrac{b^{2}}{a}=K.óçã

Passo 4

Interpretação do sinal Q<K e consequência para a direção do deslocamento.
  • Encontramos Q<K. Isso significa que, após a remoção, a razão produtos/reatantes ficou menor do que a constante de equilíbrio. Para restabelecer o equilíbrio o sistema precisa aumentar Q.
  • A maneira que aumenta Q é favorecer a reação que aumenta o numerador e/ou diminui o denominador da expressão de Q. A reação direta
\mathrm{N_2O_4}\longrightarrow 2\,\mathrm{NO_2}
consome \mathrm{N_2O_4} (diminui o denominador) e produz \mathrm{NO_2} (aumenta o numerador). Portanto o sistema reage no sentido direto — ou seja, desloca-se para a direita — até que Q volte a valer K.
  • Observação sobre \Delta H^\circ: o enunciado diz \Delta H^\circ=+58\\ \text{kJ}, o que indica que a reação direta é endotérmica. Como a temperatura foi mantida constante, essa informação não altera a conclusão do efeito da remoção de \mathrm{NO_2}. (Se a temperatura mudasse, aí sim o valor de K poderia mudar e isso também influenciaria o deslocamento.)

Passo 5

Uma montagem tipo ICE rápida (mostrando que o deslocamento será no sentido direto):
  • Antes: [\mathrm{N_2O_4}]=a,\; [\mathrm{NO_2}]=b com K=b^{2}/a.
  • Após remoção de \delta: [\mathrm{N_2O_4}]=a,\; [\mathrm{NO_2}]=b-\delta Q<K.
  • Ao reagir no sentido direto por uma quantidade x>0: finais
[\mathrm{N_2O_4}] = a - x,\qquad [\mathrm{NO_2}] = b - \delta + 2x,
e o sistema ajusta x positivamente até que
\dfrac{(b-\delta+2x)^{2}}{a-x}=K=\dfrac{b^{2}}{a}.
O importante aqui é que x será positivo (produção líquida de \mathrm{NO_2}), confirmando o deslocamento para a direita.

Passo 6

Dica prática para prova (resumão rápido e mental):
  • Se remover produto → equilíbrio desloca-se para a direita (gera mais produto).
  • Se adicionar produto → desloca-se para a esquerda.
  • Se remover reagente → desloca-se para a esquerda.
  • Se adicionar reagente → desloca-se para a direita.
  • Lembre-se: se a temperatura muda, aí o valor de K pode mudar dependendo de \Delta H^\circ (endotérmico favorece produtos com aumento de T, exotérmico favorece reagentes com aumento de T).

Resposta

O equilíbrio desloca-se para a direita, no sentido da formação de \mathrm{NO_2} (mais \mathrm{NO_2} é produzido).

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