Questão 3 ( 6,0 pontos) (Atenção: deixe todos os cálculos e resoluções explícitas na questão)
B) Suponha que em sua bancada um estudante tenha um tubo de ensaio contendo 2 mL de uma solução de cor amarelo pálido, representada pelo equilibrio abaixo:
Abaixo, são propostas quatro modificações efetuadas neste sistema. Para cada caso, assinale se o equilibrio se deslocará no sentido de formação dos produtos ou dos reagentes, ou mesmo se a modificação não irá interferir no equilibrio. Considere que você fez todas as modificações no mesmo tubo de ensaio.
a) Adicionar solução de \mathrm{NaSCN}(\mathrm{aq})
( ) produtos
( ) reagentes
( ) o equilíbrio năo se altera
b) em seguida, colocar o tubo em água quente
( ) produtos
( ) reagentes
( ) o equilibrio năo se altera
c) depois, resfriar o tubo em água gelada
( ) produtos
( ) reagentes
( ) o equilibrio nlio se altera
d) adicionar solução de \mathrm{NaCl}(\mathrm{aq})
( ) produtos
( ) reagentes
( ) o equilibrio nlio se altera
Justifique sua escolha para a modificação indicada no item (a). (2 pts)
a) Adicionar solução de \mathrm{NaSCN}(\mathrm{aq})
( ) produtos
( ) reagentes
( ) o equilíbrio năo se altera
b) em seguida, colocar o tubo em água quente
( ) produtos
( ) reagentes
( ) o equilibrio năo se altera
c) depois, resfriar o tubo em água gelada
( ) produtos
( ) reagentes
( ) o equilibrio nlio se altera
d) adicionar solução de \mathrm{NaCl}(\mathrm{aq})
( ) produtos
( ) reagentes
( ) o equilibrio nlio se altera
Passo 1
O enunciado dá o equilíbrio (em aquoso) e pede para decidir o sentido do deslocamento quando se fazem quatro modificações no mesmo tubo de ensaio:
- Cores: reagentes = amarelo pálido, produto complexo = vermelho.
- Modificações (cada uma feita sucessivamente no mesmo tubo):
a) adicionar solução de
b) colocar o tubo em água quente
c) resfriar o tubo em água gelada
d) adicionar solução de
Tarefa: para cada item, indicar se o equilíbrio se desloca para produtos, reagentes ou não se altera. Além disso, justificar a escolha para o item (a).
Passo 2
Principiando: o que usamos para raciocinar? A regra de Le Châtelier (forma prática). Em palavras simples: se você perturba um equilíbrio em equilíbrio, o sistema tenta contrariar a perturbação movendo-se no sentido que diminua essa perturbação. Tipos comuns de perturbação: mudança de concentração, mudança de temperatura, adição de espécie que participe do equilíbrio, mudança de pressão (para gases). Aqui vamos aplicar isso ao caso em solução aquosa.
Também vamos usar a expressão do quociente de reação e da constante de equilíbrio para ver o motivo quantitativo (mas tudo qualitativo aqui é suficiente). A constante de equilíbrio para esta reação pode ser escrita como
onde colchetes representam concentrações em equilíbrio. Antes de qualquer perturbação, o sistema está em equilíbrio com esse
.
Passo 3
Justificativa didática e detalhada para o item (a) — adicionar
.
- O que ocorre ao adicionar
? A solução fornece , ou seja, aumentamos imediatamente a concentração de . - Use o quociente de reação
, que tem a mesma forma de : Ao aumentar de forma instantânea (adição), o denominador de aumenta e, portanto, diminui (ficará imediatamente após a adição, supondo que a concentração do produto não mudou instantaneamente). - Interpretação: se
, a reação tende a progredir no sentido que aumenta o numerador e diminui o denominador, isto é, tende a formar mais produto. Logo, o equilíbrio desloca-se para a direita (formação de ). - Consequência observável: como o produto é vermelho e os reagentes são amarelo pálido, a solução ficará mais avermelhada (mais complexo formado).
Vou escrever o raciocínio em passos menores (como se fosse prova):
- Antes:
. - Adição de
⇒ aumenta ⇒ diminui ⇒ . - Sistema desloca para a direita até restabelecer
, consumindo e e formando .
Portanto, a resposta para (a) é: produtos. (Essa é a justificativa pedida.)
Passo 4
Item (b) — colocar o tubo em água quente (aumento da temperatura).
- Informação essencial:
significa que a reação direta (formação de ) é exotérmica; ou seja, a frente produz calor. Pelo princípio de Le Châtelier com temperatura: ao aumentar a temperatura, o sistema tende a absorver calor, favorecendo a reação endotérmica. Aqui a reação endotérmica é a inversa (a decomposição do complexo em ). - Conclusão: aquecer desloca o equilíbrio para os reagentes (esquerda). Observação prática: a cor ficará mais amarelada (menos vermelho).
- Nota extra didática: em termos de constante de equilíbrio
, para uma reação exotérmica, o aumento de normalmente reduz o valor de , o que corresponde a menos produto em equilíbrio.
Passo 5
Item (c) — resfriar o tubo em água gelada (diminuir a temperatura).
- Pelo raciocínio inverso ao do aquecimento: diminuir
favorece a reação exotérmica (já que o sistema “quer” liberar calor para contrariar a queda de temperatura), ou seja, favorece a reação direta (formação de produto). - Conclusão: resfriar desloca o equilíbrio para os produtos (direita). Observação: a solução ficará mais vermelha (mais complexo formado).
Passo 6
Item (d) — adicionar
.
- Primeira observação:
fornece e . Nenhum desses íons aparece na equação do equilíbrio dado. Portanto não há um “íon comum” diretamente ligado à expressão de equilíbrio escrita. - Em química mais avançada existe o efeito da força iônica (mudança das atividades reais das espécies), e
pode, em condições especiais, formar complexos com . Porém, em problemas típicos de equilíbrio básico (exercício de prova do tipo Le Châtelier) assume-se que é um sal inerte que só aumenta a força iônica sem alterar de modo apreciável a posição do equilíbrio (ou que não há complexação significativa de por nas condições do problema). - Assim, a escolha usual e correta para este exercício é: o equilíbrio não se altera.
- Observação adicional (para não esquecer na prova): se o professor forneceu dados que indiquem complexação de
por , então a conclusão mudaria (até poderia deslocar para a direita se fosse complexado e removido da solução livre). Mas como isso não foi dado, adotamos “sem alteração”.
Resposta
a) produtos
b) reagentes
c) produtos
d) o equilíbrio não se altera
b) reagentes
c) produtos
d) o equilíbrio não se altera