A produção de amônia em escala industrial é realizada pelo sistema de Haber-Bosh em que se controla a pressão e a temperatura, mantendo-se um sistema em equilíbrio formado entre os gases:
Esse processo fornece um rendimento em produtos da reação de
, mas é a melhor condição de produção. Sobre esse equilíbrio, podemos afirmar que:
Escolha uma opção:
a.
.
b.
constante.
C.
.
d.
.
e.
.
Esse processo fornece um rendimento em produtos da reação de
a.
b.
C.
d.
e.
Passo 1
Vou deixar claro o que o enunciado dá e o que pede.
- O enunciado fornece a reação em equilíbrio:
- Informa que, sob as condições industriais, o rendimento em produto é de
(isso é um dado de rendimento, mas não altera a definição de equilíbrio químico). - Pede que se escolha qual das afirmativas (a)–(e) é correta sobre esse equilíbrio.
Dados relevantes a extrair:
- A reação está em equilíbrio (dinâmico) entre reagentes e produtos.
- As afirmativas relacionam concentrações
e velocidades e .
O objetivo agora é analisar, passo a passo, o que vale num equilíbrio químico desse tipo e verificar cada alternativa.
Passo 2
O que é equilíbrio químico e como isso se traduz em termos de velocidades e concentrações — aula prática e direta.
-
Definição (em linguagem simples): equilíbrio químico é o estado em que, numa mistura onde ocorre a reação direta e a reação inversa simultaneamente, as quantidades (concentrações) das espécies não mudam com o tempo. Mas atenção: isso NÃO quer dizer que as reações pararam — elas continuam acontecendo, só que a taxa de formação de cada espécie por uma reação é compensada pela taxa de consumo pela outra; por isso chamamos de equilíbrio dinâmico.
-
Em termos de velocidades (ou taxas): no equilíbrio químico vale
Isto é a condição de equilíbrio dinâmico: a velocidade com que a reação direta forma produtos é igual à velocidade com que a reação inversa os consome.
- Em termos de concentrações: como as taxas de formação/consumo se igualam, as concentrações tornam-se constantes no tempo (derivadas temporais iguais a zero), ou seja, para cada espécie
tem-se .
Passo 3
Escrevendo as leis de velocidade (modelo cinético simples) e a constante de equilíbrio — por que isso importa.
- Para uma reação elementar hipotética correspondente à equação global, as velocidades direta e inversa podem ser escritas na forma (modelo mais simples e didático):
onde
e
são as constantes de velocidade da reação direta e inversa, respectivamente;
representa concentração molar. (Explicação rápida: os expoentes nas concentrações vêm dos coeficientes estequiométricos se a etapa global for elementar; mesmo que a reação real tenha mecanismo complexo, a igualdade das velocidades no equilíbrio e a relação entre concentrações via constante de equilíbrio continuam válidas.)
- Igualando as velocidades no equilíbrio:
- Reorganizando, define-se a constante de equilíbrio
:
Isso mostra que, no equilíbrio, as concentrações não são arbitrárias: elas obedecem essa relação. Mas nada aqui implica que duas concentrações quaisquer sejam numéricas iguais entre si — só que estão relacionadas por
.
Passo 4
O que significa “concentração constante” e enganamentos comuns — didática com exemplos simples.
-
Frase-chave: “concentração constante no equilíbrio” significa que uma determinada concentração não muda com o tempo (é estacionária). Não significa que duas concentrações diferentes tenham o mesmo valor numérico.
-
Exemplo numérico simples (para fixar): suponha que as condições levem a
. Então a relação do equilíbrio é
Nada aqui obriga
a ser igual a
ou a
; depende das quantidades iniciais e de
. Também, mesmo que o rendimento seja
, isso é um resultado do equilíbrio sob aquelas condições, e não contradiz o fato de que, uma vez atingido, as concentrações ficam constantes no tempo.
Passo 5
Análise das alternativas uma a uma (explicando por que cada uma é verdadeira ou falsa, sem escolher ainda).
a)
.
- Comentário: não existe regra geral que imponha igualdade numérica entre
e num equilíbrio. A estequiometria da reação é (consumo/produção), e a constante de equilíbrio fixa uma relação algébrica, não igualdade simples. Portanto essa afirmativa é, em geral, falsa.
b)
constante.
- Comentário: em equilíbrio químico as concentrações das espécies são constantes no tempo (por definição dinâmica do equilíbrio). Assim,
não varia com o tempo enquanto o sistema permanecer nessas condições de equilíbrio. Portanto essa afirmativa é verdadeira.
c)
.
- Comentário: no equilíbrio dinâmico vale
. Logo a desigualdade proposta é falsa.
d)
.
- Comentário: pela estequiometria a relação de consumo entre
e é ; nada obriga as concentrações em equilíbrio a serem iguais. Portanto, em geral, essa afirmativa é falsa.
e)
.
- Comentário: novamente, no equilíbrio
, por isso esta afirmativa é falsa.
Passo 6
Resumo didático e reforço para a prova (o que precisa ficar na cabeça)
- Lembre: equilíbrio químico é dinâmico — reações continuam ocorrendo, mas com taxas iguais. Dessa igualdade de taxas decorre que as concentrações são constantes no tempo.
- Frases que costumam confundir: “constante” refere-se ao tempo, não a igualdade entre espécies. Dizer “
é constante” significa que em equilíbrio. - A relação quantitativa entre concentrações em equilíbrio vem de
(ou da igualdade com as leis de velocidade), e isso não implica igualdades simples entre as concentrações dos componentes, salvo em casos muito particulares.
Resposta
b.