Questão
:Calcule a constante de equilibrio a 298 K para a reação a seguir (células combustíveis):
Passo 1
O enunciado pede: calcular a constante de equilíbrio à
para a reação
Informações relevantes fornecidas ou necessárias:
- A temperatura é
. - A reação está escrita com as estequiometrias: produtos
(coeficiente ) e (coeficiente ); reagentes (coeficiente ) e (coeficiente ). - Para calcular a constante de equilíbrio
a partir da termodinâmica padrão usa-se a relação entre energia livre padrão de reação e :
onde
é a constante dos gases ideais e
a temperatura absoluta.
- É necessário obter os valores de energia livre padrão de formação
(a ) para cada espécie envolvida. Vou usar valores tabulados padrão (valores típicos disponíveis em tabelas termodinâmicas):
Observação: esses são valores padrão à
. Pequenas diferenças entre tabelas causam pequenas variações no
, mas o procedimento é o mesmo.
Passo 2
Explicando o conceito que vou usar (de forma bem clara): a energia livre padrão de reação
é a soma ponderada (pelos coeficientes estequiométricos) das energias livres de formação dos produtos menos a soma ponderada dos reagentes. Em fórmula:
onde:
-
e são os coeficientes estequiométricos (positivos) dos produtos e reagentes, respectivamente; -
é a energia livre padrão de formação da espécie (em ou ).
Vou aplicar essa fórmula à reação dada, substituindo os coeficientes e os valores tabulados.
Passo 3
Calcular
usando os valores dados. Primeiro escrevo a soma dos produtos e dos reagentes:
Substituindo os números (em
):
Portanto
. Para usar na fórmula de
vou passar para joules por mol:
Passo 4
Agora uso a relação entre
e
:
onde:
-
é a constante dos gases ideais; vou usar , -
é a temperatura absoluta em kelvin; aqui .
Isolando
:
Substituindo os valores numéricos:
Calculo do denominador:
Então
Finalmente:
Passo 5
Interpretação e comentário prático (estilo amigo que anima): o valor
é um pouco menor que
, o que significa que, em condições padrão a
, o equilíbrio fica ligeiramente deslocado para os reagentes (um pouco mais de reagentes do que produtos na mistura em equilíbrio). Atenção: como
aqui é muito pequeno, pequenas diferenças nas tabelas de
(caso use outra fonte) podem levar a valores de
próximos a
; por isso é normal encontrar números levemente diferentes em exercícios diferentes dependendo da tabela usada. Mas o procedimento é sempre esse: calcular
por somas das formações e aplicar
.