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:
\begin{array}{ll} \mathrm{Fe}^{3+}(\mathrm{aq})+\mathrm{SCN}^{-}(\mathrm{aq}) \rightleftharpoons[\mathrm{Fe}(\mathrm{NCS})]^{2+}(\mathrm{aq}) & \Delta \mathrm{H}<0 \\\ \text { Amarelo pálido } & \text { vermelho } \end{array}á
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)

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:
\mathrm{Fe}^{3+}(\mathrm{aq})+\mathrm{SCN}^{-}(\mathrm{aq}) \rightleftharpoons [\mathrm{Fe}(\mathrm{NCS})]^{2+}(\mathrm{aq}),\qquad \Delta H<0
  • Cores: reagentes = amarelo pálido, produto complexo = vermelho.
  • Modificações (cada uma feita sucessivamente no mesmo tubo):
    a) adicionar solução de \mathrm{NaSCN}(\mathrm{aq})
    b) colocar o tubo em água quente
    c) resfriar o tubo em água gelada
    d) adicionar solução de \mathrm{NaCl}(\mathrm{aq})
    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
K=\frac{[\mathrm{Fe(NCS)}^{2+}]}{[\mathrm{Fe}^{3+}][\mathrm{SCN}^-]}
onde colchetes representam concentrações em equilíbrio. Antes de qualquer perturbação, o sistema está em equilíbrio com esse K.

Passo 3

Justificativa didática e detalhada para o item (a) — adicionar \mathrm{NaSCN}.
  • O que ocorre ao adicionar \mathrm{NaSCN}? A solução fornece \mathrm{SCN}^-, ou seja, aumentamos imediatamente a concentração de \mathrm{SCN}^-.
  • Use o quociente de reação Q, que tem a mesma forma de K: Q=\frac{[\mathrm{Fe(NCS)}^{2+}]}{[\mathrm{Fe}^{3+}][\mathrm{SCN}^-]}\,.Ao aumentar [\mathrm{SCN}^-] de forma instantânea (adição), o denominador de Q aumenta e, portanto, Q diminui (ficará Q<K imediatamente após a adição, supondo que a concentração do produto não mudou instantaneamente).
  • Interpretação: se Q<K, 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 [\mathrm{Fe(NCS)}]^{2+}).
  • 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):
  1. Antes: Q=K.
  2. Adição de \mathrm{SCN}^- [\mathrm{SCN}^-] aumenta ⇒ Q diminui ⇒ Q<K.
  3. Sistema desloca para a direita até restabelecer Q=K, consumindo \mathrm{SCN}^- e \mathrm{Fe}^{3+} e formando [\mathrm{Fe(NCS)}]^{2+}.
    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: \Delta H<0 significa que a reação direta (formação de [\mathrm{Fe(NCS)}]^{2+}) 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 \mathrm{Fe}^{3+}+\mathrm{SCN}^-).
  • 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 K, para uma reação exotérmica, o aumento de T normalmente reduz o valor de K, 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 T 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 \mathrm{NaCl}(\mathrm{aq}).
  • Primeira observação: \mathrm{NaCl} fornece \mathrm{Na}^+ e \mathrm{Cl}^-. 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 \mathrm{Cl}^- pode, em condições especiais, formar complexos com \mathrm{Fe}^{3+}. Porém, em problemas típicos de equilíbrio básico (exercício de prova do tipo Le Châtelier) assume-se que \mathrm{NaCl} 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 \mathrm{Fe}^{3+} por \mathrm{Cl}^- 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 \mathrm{Fe}^{3+} por \mathrm{Cl}^-, então a conclusão mudaria (até poderia deslocar para a direita se \mathrm{Fe}^{3+} 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

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