Questão 10) Como as seguintes variações afetam o valor de constante de equilíbrio para um reação exotérmica na fase gasosa:
remoção de um reagente ou produto;

Passo 1

O enunciado pergunta: “Como as seguintes variações afetam o valor da constante de equilíbrio para uma reação exotérmica na fase gasosa: remoção de um reagente ou produto?”\n
Informações fornecidas e condições que vamos assumir:
  • A reação está em fase gasosa e é exotérmica (libera calor).
  • A variação proposta é a remoção de um reagente ou a remoção de um produto.
  • Não há menção de mudança de temperatura — portanto vamos considerar a temperatura mantida constante.
  • O objetivo é saber o que acontece com a constante de equilíbrio e com a posição do equilíbrio.

Passo 2

Conceito importante: constante de equilíbrio e da que depende\n
  • A constante de equilíbrio (vou chamar genericamente de \,K\,) é uma grandeza que, para uma dada reação química e para uma dada temperatura, tem um valor fixo. Ela depende apenas da temperatura (e da equação química) — não depende das concentrações momentâneas ou pressões instantâneas.\n
  • Em fase gasosa costumamos usar K_p (em função das pressões parciais) ou K_c (em função das concentrações). Ambos dependem só de T. Por exemplo, para a reação hipotética
\text{A}+\text{B}\rightleftharpoons\text{C}+\text{D}+ \text{calor}
a expressão de K_p é
K_p=\frac{P_{\text{C}}\,P_{\text{D}}}{P_{\text{A}}\,P_{\text{B}}},
onde P_X é a pressão parcial do gás X. Expliquei isso devagar porque é crucial: K_p relaciona pressões no equilíbrio, mas seu valor numérico só muda se a temperatura mudar.

Passo 3

Introduzindo o quociente de reação Q (a chave para entender deslocamentos)\n
  • Definimos o quociente de reação Q com a mesma fórmula de K, mas usando as pressões (ou concentrações) instantâneas, no momento em que avaliamos o sistema:
Q_p=\frac{P_{\text{C}}\,P_{\text{D}}}{P_{\text{A}}\,P_{\text{B}}}.
  • Comparação entre Q e K:
    • Se Q<K, a reação tende a ir no sentido direto (formar produtos) até que Q aumente até igualar K.
    • Se Q>K, a reação tende a ir no sentido inverso (formar reagentes) até que Q diminua até igualar K.
  • Observação importante: mudar concentrações/pressões altera Q imediatamente; o sistema então se desloca para restabelecer Q=K. Mas o próprio K só muda se a temperatura mudar.

Passo 4

Remoção de um reagente — análise passo a passo\n
  • Começo com o sistema no equilíbrio, então Q=K.
  • Removo parte do reagente \text{A}. Isso faz P_{\text{A}} diminuir instantaneamente.
  • Olhe a fórmula de Q_p:
Q_p=\frac{P_{\text{C}}\,P_{\text{D}}}{P_{\text{A}}\,P_{\text{B}}}.
Diminuindo P_{\text{A}} o denominador fica menor, portanto Q_p aumenta, então agora Q_p>K_p.\n
  • Como Q_p>K_p, o sistema reage consumindo produtos e formando reagentes, ou seja, desloca-se no sentido inverso (esquerda), para aumentar P_{\text{A}} novamente e restaurar Q_p=K_p.\n
  • A constante K_p NÃO muda porque a temperatura não foi alterada. O que muda é a posição do equilíbrio (mais reagente produzido até novo equilíbrio).

Passo 5

Remoção de um produto — análise passo a passo\n
  • Começamos novamente com Q=K. Removo parte do produto \text{C}, então P_{\text{C}} diminui instantaneamente.
  • Pela fórmula de Q_p, diminuir o numerador faz Q_p diminuir, então agora Q_p<K_p.\n
  • Como Q_p<K_p, o sistema evolui no sentido direto (direção que forma produtos), ou seja, desloca-se para a direita, consumindo reagentes e formando mais produto até que Q_p volte a igualar K_p.\n
  • Novamente, K_p NÃO muda (temperatura constante); apenas a composição no equilíbrio muda.

Passo 6

Resumo físico e nota sobre gás/exotérmica\n
  • A qualificação “exotérmica” só importa para a dependência da constante com a temperatura: se a temperatura aumentasse, para uma reação exotérmica K diminuiria. Mas aqui NÃO alteramos a temperatura: removendo um reagente ou produto NÃO altera o valor de K, apenas desloca o equilíbrio.\n
  • Em fase gasosa, se a remoção alterar a pressão total, o efeito real sobre o deslocamento continua sendo explicado por como Q muda; ainda assim K não muda a menos que haja variação de T.

Passo 7

Pequena intuição tipo “amigo”: por que isso faz sentido?\n
  • Pense assim: K é como a “meta” que as pressões devem ter quando o sistema está sossegado àquela temperatura. Se você corta um pedaço (remove algo), o sistema “trabalha” no sentido que corrige o corte — forma o que você tirou se tirou produto, ou forma o reagente de volta se tirou reagente. Mas a meta continua a mesma enquanto o calor (temperatura) não for mudado. Força e calma, você consegue decorar isso: retirar algo muda a composição, não a constante.

Resposta

Remoção de um reagente: a constante de equilíbrio K não muda (temperatura constante); o sistema desloca-se para o lado que forma reagentes (sentido inverso) até restabelecer o equilíbrio.\n
Remoção de um produto: a constante de equilíbrio K não muda (temperatura constante); o sistema desloca-se para o lado que forma produtos (sentido direto) até restabelecer o equilíbrio.

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