Questão 02) O iodo molecular (
) tem coloração azul e é um reagente muito importante em Química orgânica. Ele é preparado com o gás hidrogênio
formando o ácido iodrico (HI) (verde) por meio da reação:
Um frasco de
de capacidade contém a reação acima em equilíbrio, a
:
de
de
e
de
.
a) Qual a expressão de K e o valor da constante de equilíbrio a essa temperatura?
b) Inicialmente o frasco estava com coloração azul, um estagiário adicionou mais 1,0 mol de
no frasco. O que aconteceu com a cor da reação e o que aconteceu com equilíbrio. Justifique sua resposta de acordo com os princípios de Le Chatelier.
c) No frasco da letra b) com coloração verde foi adicionado
de
, o que aconteceu com o sistema. Justifique sua resposta de acordo com os princípios de Le Chatelier.
d) Considerando que o frasco com a reação acima encontra-se na cor verde. Indique o que pode ser feito para o frasco ficar com a coloração azul. Justifique sua resposta de acordo com os princípios de Le Chatelier.
a) Qual a expressão de K e o valor da constante de equilíbrio a essa temperatura?
b) Inicialmente o frasco estava com coloração azul, um estagiário adicionou mais 1,0 mol de
c) No frasco da letra b) com coloração verde foi adicionado
d) Considerando que o frasco com a reação acima encontra-se na cor verde. Indique o que pode ser feito para o frasco ficar com a coloração azul. Justifique sua resposta de acordo com os princípios de Le Chatelier.
Passo 1
O enunciado fornece a reação em equilíbrio
e os dados no frasco de volume
a
:
O que se pede:
a) Escrever a expressão da constante de equilíbrio (aqui usamos
, em termos de concentrações) e calcular seu valor a essa temperatura.
b) Um estagiário adiciona de
. Descrever o que acontece com a cor (azul/verde) e com o equilíbrio, justificando pela regra de Le Chatelier.
c) No frasco já modificado da letra (b) (cor verde) foi adicionado de
. O que acontece com o sistema? Justificar por Le Chatelier.
d) Se o frasco está na cor verde, indique o que pode ser feito para que fique azul e justifique segundo Le Chatelier.
a) Escrever a expressão da constante de equilíbrio
b) Um estagiário adiciona
c) No frasco já modificado da letra (b) (cor verde) foi adicionado
d) Se o frasco está na cor verde, indique o que pode ser feito para que fique azul e justifique segundo Le Chatelier.
Passo 2
Primeiro converto as quantidades iniciais em concentrações (porque
usa concentrações). A concentração é
.
Calcular cada concentração inicial:
Passo 3
Escrevo a expressão de
para a reação:
Substituo as concentrações calculadas:
Faço as contas passo a passo:
Portanto a expressão e o valor da constante estão determinados.
Passo 4
Letra (b): o estagiário adiciona
de
. Atualizo as quantidades imediatas (antes de o sistema reagir):
Posso verificar o quociente de reação
imediatamente após a adição (usando concentrações
) para ver a direção do deslocamento:
Como as concentrações trazem o fator
tanto para numerador quanto para denominador, é equivalente calcular com os números de mols, mas aqui já temos valores em concentração para
e
; calculo numericamente:
Comparando com
:
. Isso significa que há “falta” de produto para atingir o equilíbrio; o sistema reagirá no sentido direto (da esquerda para a direita), ou seja, produzirá mais
, consumindo
e
.
Interpretação de cor e de Le Chatelier:
- Antes da adição o frasco estava azul (presença significativa de
). Ao se adicionar muito a princípio o azul aumenta, mas como a reação se desloca para a direita consumindo e e formando (verde). Portanto, após o novo equilíbrio a cor tende a ficar mais verde (maior fração de ). - Justificação pela regra de Le Chatelier: a adição de
é uma perturbação que aumenta a concentração de um reagente; o sistema responde deslocando-se para a direita para reduzir essa perturbação, consumindo o excesso de .
Passo 5
(Detalhe numérico do novo equilíbrio após a adição de
de
; útil para a letra (c).) Faço um cálculo de equilíbrio usando incógnita
= mol de
consumido (mesmo
de
consumido); então
mol de
é formado.
Mols iniciais (após adição, antes de reagir):
,
,
. Em equilíbrio:
Como o volume é constante, ao montar a expressão de
os fatores de
se cancelam; posso escrever diretamente em termos de mols:
Multiplicando e arrumando aparece uma equação quadrática. Resolvendo-a (detalhes algébricos feitos e arredondados) obtém-se:
Logo os mols em equilíbrio são aproximadamente:
Conclusão: após a adição e o reajuste, a solução está mais rica em
(tom verde aumentado), compatível com a conclusão qualitativa do passo anterior.
Passo 6
Letra (c): partindo do equilíbrio encontrado no Passo 5 (frasco verde) foi adicionado
de
. Imediatamente depois da adição os mols ficam:
Como essa adição aumenta a concentração do produto (
), o quociente
imediatamente após a adição fica maior que
e, portanto, o equilíbrio desloca-se para a esquerda (reação inversa) para consumir o excesso de
, formando
e
.
Posso quantificar o deslocamento com incógnita
= mol que reage no sentido inverso (consome
de
e forma
de
e
de
). Em equilíbrio final após essa perturbação:
Impondo
e resolvendo a equação resultante obtém-se (resolução quadrática e escolha da raiz fisicamente válida):
Assim a composição final aproximada é:
Consequências de cor e justificativa:
- A adição de
provoca deslocamento para a esquerda, aumentando . Como dá cor azul, a solução tende a ficar mais azul (ou menos verde) após o novo equilíbrio. - Explicação pela regra de Le Chatelier: aumentar o produto é uma perturbação; o sistema reage no sentido que consome o excesso de produto, isto é, para a esquerda, gerando mais reagentes (
e ).
Passo 7
Letra (d) — como fazer o frasco verde ficar azul (resposta prática e justificativa):
- Objetivo: aumentar
(mais azul) — isto significa deslocar o equilíbrio para a esquerda (formação de reagentes). - Maneiras práticas de conseguir isso (qualquer uma delas, explicada por Le Chatelier):
- Adicionar
(produto). Aumentar a concentração do produto desloca o equilíbrio para a esquerda, produzindo e — consequentemente a solução fica mais azul. - Remover
(um dos reagentes). Retirar um reagente é também uma perturbação que faz o sistema deslocar-se para a esquerda a fim de reconstituir o reagente removido, aumentando .
- Adicionar
- Observação sobre temperatura/pressão: sem conhecer o sinal da entalpia da reação não é seguro indicar temperatura como ferramenta (poderia favorecer direta ou inversa dependendo de
). Portanto as opções acima são as mais diretas e seguras. - Em linguagem de laboratório: para tornar o frasco azul, acrescentar um pouco de
(e aguardar o tempo de estabelecimento do equilíbrio) ou remover seletivamente (por exemplo, sugando/gaseificando e retirando ) fará o sistema migrar para a esquerda e aumentar a cor azul.
Resposta
a)
b) A cor passa de azul para verde (tende a ficar mais verde); o equilíbrio desloca-se para a direita (formação de ), pois
após a adição de
.
c) Ao adicionar de
o equilíbrio desloca-se para a esquerda (formação de
e
); a solução tende a ficar mais azul.
d) Para ficar azul: adicionar (aumenta produto) ou remover
(diminuir reagente); ambas as ações deslocam o equilíbrio para a esquerda, aumentando
(justificativa por Le Chatelier).
b) A cor passa de azul para verde (tende a ficar mais verde); o equilíbrio desloca-se para a direita (formação de
c) Ao adicionar
d) Para ficar azul: adicionar