Questão 8) Considere o equilíbrio a
, em recipiente fechado.
Escreva a expressão da constante de equilíbrio da reação. Preveja, justificando, qual será o efeito da adição ao sistema em equilíbrio de:
Mais
.
Escreva a expressão da constante de equilíbrio da reação. Preveja, justificando, qual será o efeito da adição ao sistema em equilíbrio de:
Mais
Passo 1
O enunciado dá o equilíbrio, a
, em recipiente fechado:
As perguntas são:
- Escrever a expressão da constante de equilíbrio da reação.
- Prever e justificar o efeito da adição de mais
sobre o sistema em equilíbrio.
Informações relevantes fornecidas:
- Temperatura fixa:
. - É um equilíbrio heterogêneo: há sólidos (
e ) e gases ( e ). - O recipiente é fechado (volume fixo implícito, a menos que indicado o contrário).
Passo 2
O que é a constante de equilíbrio e como se escreve em termos de atividades/pressões:
- A constante de equilíbrio
é definida como o produto das atividades dos produtos elevadas aos seus coeficientes estequiométricos dividido pelo produto das atividades dos reagentes elevadas aos seus coeficientes. - Para substâncias gasosas a atividade pode ser aproximada pela sua pressão parcial (normalizada), e para sólidos puros a atividade é
. - Como aqui só os gases aparecem nas atividades, os sólidos não aparecem na expressão de
(porque ).
Passo 3
Escrevendo a expressão da constante em termos de pressões parciais (
):
- Aplicando a regra (produtos sobre reagentes, cada um elevado ao coeficiente):
- Como
e , e , . Os fatores de referência cancelam ao formar a razão, portanto a forma prática é:
Passo 4
Definição do quociente de reação
e regra de deslocamento:
- O quociente de reação no estado instantâneo tem a mesma forma de
:
- Se
o sistema desloca-se no sentido direto (formação de produtos) para aumentar . - Se
o sistema desloca-se no sentido inverso (formação de reagentes) para diminuir . - Se
o sistema está no equilíbrio.
Passo 5
Aplicando a ideia ao caso “adicionar
”:
- Imediatamente após a adição,
aumenta enquanto permanece momentaneamente igual. - Como
aparece no denominador de , aumentar faz diminuir:
- Como
, pelo princípio de Le Chatelier o equilíbrio desloca-se no sentido direto (para a direita), consumindo e formando e , até que volte a igualar .
Passo 6
Consequências e observações finais (intuitivas e numéricas simples):
- O deslocamento para a direita significa: consumo de parte do
adicionado, produção de mais e consumo de com formação de mais . - A constante
(valor numérico) não muda com a adição de reagente: depende somente da temperatura ( aqui). Mudanças de composição movem o sistema para restabelecer , mas não mudam . - Observação sobre pressão total: neste equilíbrio o número de mols gasosos dos reagentes (
mol de ) é igual ao número de mols gasosos dos produtos ( mol de ). Portanto o deslocamento não altera a soma total de mols gasosos; a resposta ao aumento de é sobretudo ajustar as pressões parciais para restaurar , conforme explicado acima.
Passo 7
Exemplo numérico rápido para fixar (sem calculadora complicada):
- Suponha que no equilíbrio inicial
e . Então . - Adicionamos
fazendo (antes do ajuste). Então:
- O sistema desloca-se para a direita. Se a extensão do avanço for
molar (tal que diminui em e aumenta em ), para restabelecer temos:
Resolvendo rapidamente:
.
- Então
e . Equilíbrio restabelecido com deslocamento para a direita — serve só para ver numericamente o que acontece.
Resposta
Ao adicionar mais
, o quociente de reação fica
, logo o equilíbrio desloca-se para a direita (forma-se mais
e
, consumindo
); o valor de
não muda (depende só da temperatura).