Questão 5 - Considere a reação
Admita que o sistema está em equilíbrio. O que ocorrerá ao número de mols de
no recipiente se:
For adicionado
For adicionado
Passo 1
O enunciado fornece a reação e pede o que acontece com o número de mols de
quando se adiciona
. Dados extraídos do enunciado:
- Reação:
-
(reação endotérmica). - O sistema está em equilíbrio antes da perturbação.
- Perturbação: adição de
(gás) ao recipiente.
O que se pede: determinar o que ocorrerá com o número de mols de
(aumenta, diminui ou permanece igual) após essa adição, assumindo que só foi adicionada
e a temperatura não foi alterada.
Passo 2
Conceito básico necessário (explicado passo a passo): quando uma mistura está em equilíbrio químico, as concentrações dos reagentes e produtos satisfazem uma relação chamada constante de equilíbrio
. Para qualquer estado da mistura pode-se definir o quociente de reação
; comparando
com
determina-se a direção em que o sistema se desloca para restabelecer o equilíbrio.
Definição do quociente de reação aqui (usando concentrações ou pressões parciais, a forma é análoga):
Explicação das notações:
-
significa a concentração (ou pressão parcial) da espécie . - Os expoentes são os coeficientes estequiométricos da reação.
Importante: a constante
depende da temperatura; se a temperatura não mudar,
permanece a mesma após a perturbação.
Passo 3
Como a adição de
altera
:
- Ao adicionar
, aumenta. Observando a expressão de , aparece no denominador elevado ao quadrado, logo ao aumentar o valor de diminui (porque o denominador cresce). - Se depois da adição
, o sistema não está mais em equilíbrio e precisa aumentar até voltar a . - Para aumentar
(lembrando a expressão), o sistema tem que aumentar as concentrações no numerador ou diminuir as do denominador; isso corresponde a deslocar o equilíbrio no sentido dos produtos (direção direta, para a direita).
Conclusão desta lógica: a adição de
causa
imediatamente após a adição, portanto o equilíbrio desloca-se para a direita (formando mais
e
).
Passo 4
Consequência estequiométrica do deslocamento para a direita:
- A reação global consome
e e produz e . - Usando uma variável de avanço do tipo
(extensão do deslocamento para a direita), as variações de quantidade por mol são, proporcionalmente: - Como a reação se desloca para a direita,
. Logo .
Portanto o número de mols de
diminui quando o sistema se reajusta ao novo equilíbrio.
Passo 5
Comentário sobre o
fornecido:
indica que a reação é endotérmica na direção escrita (absorve calor ao ir para a direita). Isso é relevante se a perturbação fosse uma mudança de temperatura (pois mudar
altera
). No entanto, na perturbação pedida apenas foi adicionada
e não houve mudança de temperatura; portanto
não altera a conclusão acima. Se a temperatura tivesse sido aumentada, a tendência endotérmica favoreceria ainda mais a formação de produtos; se a temperatura diminuísse, poderia reduzir o deslocamento para a direita.
Passo 6
Resumo prático e motivação para a prova (dica rápida): quando adicionar um reagente, pense em como isso afeta
pela expressão de quociente; se
o sistema vai para a direita (consome reagentes), se
vai para a esquerda (consome produtos). Aqui, adicionar
faz
cair e o sistema consome
ao formar mais
e
. Força e foco — essa é a lógica que cai na prova!
Resposta
O número de mols de
diminui.