Preveja a posição de equilíbrio para a seguinte reação.
Passo 1
Vou deixar claro o que o enunciado pede e quais são os dados fornecidos.
- O enunciado dá a reação
- O pedido: “Preveja a posição de equilíbrio para a seguinte reação.” Ou seja, decidir se, nas condições padrão (ou em temperatura ambiente), o equilíbrio estará deslocado para a direita (produtos favorecidos), para a esquerda (reagentes favorecidos) ou se estará em equilíbrio aproximadamente no meio.
Passo 2
Conceito-técnico principal que vamos usar (explicado passo a passo).
- A termodinâmica diz que a tendência de uma reação ocorrer é dada pela energia livre de Gibbs padrão de reação,
. - A relação entre
e a constante de equilíbrio é
onde
é a constante dos gases (aprox.
) e
a temperatura absoluta em kelvin.
-
Interpretação prática:
- Se
então e : o equilíbrio está muito deslocado para a direita (produtos majoritários). - Se
então : o equilíbrio está deslocado para a esquerda (reagentes majoritários). - Se
então : mistura significativa de reagentes e produtos.
- Se
-
Para calcular
usa-se as energias livres padrão de formação dos compostos:
Cada
é um valor tabulado (tabelas termodinâmicas ou diagrama de Ellingham).
Passo 3
Estratégia prática quando não se tem as tabelas numéricas à mão: raciocínio qualitativo via estabilidade de óxidos vs sulfetos (diagrama de Ellingham / afinidade por oxigénio e enxofre).
- O diagrama de Ellingham mostra
de formação de óxidos em função da temperatura. Linhas mais baixas (mais negativas) indicam óxidos mais estáveis (mais “forte afinidade por O”). - Analogamente, existe curva/ideia similar para sulfetos: alguns metais preferem ligar-se ao oxigénio (formando óxidos muito estáveis), outros têm maior tendência a formar sulfetos estáveis.
- Para a reação dada, essencialmente há uma troca de ligantes: O vai de
para (forma-se ) e S vai de para (forma-se ). Então a reação é favorecida se o par produto (oxido de prata + sulfeto de ferro) for termodinamicamente mais estável que o par reagente (óxido de ferro + sulfeto de prata).
Passo 4
Comparação qualitativa das afinidades químicas (explicando com exemplos e analogias).
- Ferro (
) forma óxidos muito estáveis. Exemplos: ferrugem ( e outros óxidos) aparecem facilmente na presença de oxigénio e água; as energias de formação de óxidos de ferro são grandes e negativas. Na prática, isso significa: ferro “gosta” muito de oxigénio — prefere ficar como óxido do que perder oxigénio para outro metal. - Prata (
) tem afinidade relativamente fraca por oxigénio: existe mas é pouco estável termodinamicamente e se decompõe com facilidade ao aquecer; a prata metálica não oxida facilmente como ferro. Em outras palavras, prata não “gosta” muito de oxigénio comparada ao ferro. - Por outro lado, prata tende a formar sulfeto (
) facilmente na presença de enxofre ou compostos sulfurados: é o fenômeno do “tarnish” (preto na prata), ou seja, é relativamente estável. Ferro também forma sulfetos, mas a estabilidade relativa entre e precisa ser comparada — empiricamente, prata forma sulfeto muito prontamente em ambientes contendo enxofre mesmo quando não se forma óxidos de prata.
Resumo da tendência: ferro tem forte preferência por oxigénio; prata tem maior preferência por enxofre do que por oxigénio.
Passo 5
Aplicando essas tendências à reação dada (raciocínio passo a passo e sem tabelas numéricas).
- A reação escrita desloca oxigénio do ferro para a prata (formando
) e desloca enxofre da prata para o ferro (formando ). - Como ferro prefere fortemente o oxigénio, removê-lo de
exige energia (a formação de é muito favorável e “quebra-la” é desfavorável). - Como prata prefere o enxofre mais do que o oxigénio e forma
facilmente, converter em (que é menos estável) é desfavorável. - Portanto, tanto a quebra do óxido de ferro quanto a oxidação do sulfeto de prata são termodinamicamente desfavoráveis; o balanço combinado tende a tornar
positivo.
Passo 6
Interpretação via
e constante de equilíbrio (conclusão lógica).
- Do raciocínio acima espera-se que
seja positivo, i.e.,
.
- Se
então e . Portanto, o equilíbrio está deslocado para a esquerda: os reagentes e são os que predominam em equilíbrio sob condições padrão.
Passo 7
Verificação prática e observacional (como checar em tabelas se quiser confirmar na prova).
- Se tiver tabela de
ou um diagrama de Ellingham: calcule pela soma indicada no passo anterior. Valores típicos mostram que óxidos de ferro têm muito negativos enquanto tem pouco negativo e é relativamente estável — ao somar, obtém-se . - Observação qualitativa do mundo real: prata mancha formando
facilmente, e ferro forma ferrugem; não se observa espontaneamente que prata oxide tirando oxigénio de óxidos de ferro — isso corrobora o argumento acima.
Resposta
O equilíbrio está deslocado para a esquerda; ou seja, os reagentes
e
são favorecidos em condições padrão.