(a) Como o quociente de reação difere da constante de equilíbrio? (b) Se \mathrm{Q}<\mathrm{K} em qual sentido a reação prossegue para atingir o equilíbrio? (c) Qual condição deve ser satisfeita para que Q=K ? Resposta: (a) Um quociente de reação é o resultado de um conjunto geral de concentrações enquanto a constante de equilíbrio necessita das concentrações no equilíbrio. (b) Para a direita (c) As concentrações usadas para calcular Q devem ser as concentrações no equilíbrio.
17) (a) Como um quociente de reação é usado para deter- minar se um sistema está em equilíbrio?
(b) Se Q> Ker de que maneira a reação deve continuar para chegar ao equilíbrio? (c) No início de determinada reação, apenas reagentes estão presentes; nenhum produto é formado. Qual o valor de Q neste ponto da reação?
Resposta: (a) Se o valor de Q for igual ao valor de K , o sistema está em equilíbrio. (b) Na direção de menos produtos (mais reagentes), para a esquerda. (c) \mathrm{Q}=0 se a concentração de qualquer produto for zero.

Passo 1

Enunciados e o que é pedido (copiei exatamente as perguntas que você mandou, para ficar claro o que vamos responder):
Primeiro conjunto:
(a) Como o quociente de reação difere da constante de equilíbrio?
(b) Se \mathrm{Q}<\mathrm{K} em qual sentido a reação prossegue para atingir o equilíbrio?
(c) Qual condição deve ser satisfeita para que Q=K ?
Segundo conjunto (questão 17):
(a) Como um quociente de reação é usado para determinar se um sistema está em equilíbrio?
(b) Se Q>K de que maneira a reação deve continuar para chegar ao equilíbrio?
(c) No início de determinada reação, apenas reagentes estão presentes; nenhum produto é formado. Qual o valor de Q neste ponto da reação?
Informações implícitas dadas pelo enunciado / pelo enunciado original: você trabalha com concentrações (ou pressões parciais, conforme o caso) para calcular Q e K; K é a constante do equilíbrio para uma temperatura fixa; Q pode ser calculado a qualquer instante. Não há figura nem tabela adicional a considerar.

Passo 2

Definição e fórmula do quociente de reação Q (a parte técnica que você precisa saber): considere uma reação genérica
aA + bB \rightleftharpoons cC + dD.
O quociente de reação \,Q, é definido por
Q=\frac{[C]^c\,[D]^d}{[A]^a\,[B]^b},
onde [X] significa a concentração (mol·L^{-1}) da espécie X no instante em que você está avaliando. Os expoentes são os coeficientes estequiométricos da reação. Aqui cada símbolo está em TeX conforme a regra: [A], [B], [C], [D], a,b,c,d.
Explicação simples do que essa fórmula representa: você forma uma razão entre “produtos elevados aos seus coeficientes” e “reagentes elevados aos seus coeficientes”. Se eu pegar as concentrações em qualquer instante e aplicar essa fórmula, obtenho Q naquele instante.

Passo 3

Definição da constante de equilíbrio K e diferença conceitual inicial: a constante de equilíbrio \,K, tem a mesma expressão algébrica que Q,
K=\frac{[C]_\text{eq}^c\,[D]_\text{eq}^d}{[A]_\text{eq}^a\,[B]_\text{eq}^b},
mas com uma diferença crucial: as concentrações usadas em K são as concentrações quando o sistema já alcançou o equilíbrio (daí o índice “eq”). Portanto:
  • Q usa concentrações em um instante qualquer (pode variar com o tempo);
  • K usa concentrações no equilíbrio (é uma constante para uma dada temperatura).
Também importante: K depende somente da temperatura (não depende das concentrações iniciais).

Passo 4

Como usar a comparação entre Q e K para prever a direção em que a reação vai se mover:
Raciocínio direto e intuitivo:
  • Se eu calcular Q e encontrar Q<K, isso significa que, no instante observado, a razão “produtos/reagentes” é menor do que a razão no equilíbrio. Ou seja, há relativamente poucos produtos. Para alcançar a razão de equilíbrio ( K), a reação precisa produzir mais produtos: a reação segue no sentido direto (para a direita), consumindo reagentes e formando produtos, até que Q aumente e alcance K.
  • Se Q>K, a razão “produtos/reagentes” é maior do que a razão no equilíbrio — há relativamente muitos produtos. Para reduzir essa razão até K, a reação precisa consumir produtos e formar reagentes: a reação segue no sentido inverso (para a esquerda).
  • Se Q=K, a razão instantânea já coincide com a razão de equilíbrio: não há tendência líquida de mudança — o sistema está em equilíbrio.
Breve link com energia livre (opcional, para entender por que isso é verdade): a variação de energia livre de reação é
\Delta G=\Delta G^\circ + RT\ln Q,
onde R é a constante dos gases e T a temperatura. No equilíbrio \Delta G=0, daí \Delta G^\circ = -RT\ln K. Assim, se \Delta G<0 (o que ocorre quando Q<K), a reação é espontânea no sentido direto; se \Delta G>0 (quando Q>K), é espontânea no sentido inverso. Não precisa decorar isso para responder as perguntas básicas, mas ajuda a entender a fundamentação.

Passo 5

Exemplinho numérico bem simples para visualizar (faça isso na prova se estiver em dúvida): reação fictícia A \rightleftharpoons B com K=4 (já conhecido para a temperatura dada). Se no instante inicial eu tenho [A]=1,0 e [B]=0,5, então
Q=\frac{[B]}{[A]}=\frac{0,5}{1,0}=0,5.
Como Q=0,5 e K=4, temos Q<K: portanto a reação segue para a direita (mais produtos) até atingir Q=K. Esse tipo de conta rápida é exatamente o que o professor costuma pedir: calcule Q e compare com K.

Passo 6

Resolvendo explicitamente as perguntas do primeiro conjunto (a–c), com explicação para você saber o que escrever na prova:
(a) Diferença entre quociente de reação e constante de equilíbrio: o quociente de reação Q é calculado com concentrações em um instante qualquer; a constante de equilíbrio K é calculada com as concentrações quando o sistema está no equilíbrio. Q varia com o tempo (depende do estado atual); K é fixo para uma dada temperatura.
(b) Se \,Q<K, em qual sentido a reação prossegue? A reação prossegue no sentido direto (para a direita), formando mais produtos até que Q aumente e alcance K.
(c) Qual condição para que Q=K? Para que Q=K as concentrações usadas no cálculo de Q devem ser exatamente as concentrações no equilíbrio (além disso, a temperatura deve ser a mesma para a qual K foi definido).

Passo 7

Agora respondo as perguntas da questão 17 (a–c), com explicações práticas para fazer na prova:
(a) Como um quociente de reação é usado para determinar se um sistema está em equilíbrio? Você calcula Q com as concentrações atuais e compara com K: se Q=K o sistema está em equilíbrio; se Q\neq K não está — o sinal da diferença indica a direção do deslocamento.
(b) Se Q>K, de que maneira a reação deve continuar para chegar ao equilíbrio? A reação deve continuar no sentido inverso (para a esquerda), consumindo produtos e formando reagentes, até que Q diminua e alcance K.
(c) No início da reação, apenas reagentes estão presentes; nenhum produto é formado. Qual o valor de Q nesse ponto? Se algum produto tem concentração zero, então o numerador da expressão de Q é zero, logo
Q=0.
Observação prática: isso vale quando produtos têm realmente concentração zero (e reagentes têm concentrações não nulas). Em reações onde alguns participantes são sólidos ou líquidos puros, lembre-se que concentrações de fases puras não entram na expressão de K nem em Q; mas para o caso padrão “só reagentes em solução/mesma fase”, Q=0 no início.

Passo 8

Dicas rápidas de prova (como um amigo que já passou por isso):
  • Sempre escreva a expressão de Q para a reação dada (coloque os expoentes).
  • Calcule Q com os números dados e compare com K.
  • Se estiver com pressões parciais em gases, use Q_p ou simplesmente a mesma expressão mas com pressões; o raciocínio é idêntico.
  • Se o enunciado fornece K para uma temperatura diferente, lembre-se que não dá para comparar sem ajustar a temperatura — K muda com temperatura.
Vai dar certo — respira, faz a conta do Q e compara com o K. Boa sorte!

Resposta

(a) Q usa concentrações em um instante qualquer; K usa concentrações no equilíbrio (e é constante para uma dada temperatura).
(b) Para a direita (sentido direto, formando mais produtos).
(c) As concentrações usadas para calcular Q devem ser as concentrações no equilíbrio (e a temperatura deve ser a mesma para a qual K foi definido).
17(a) Calcula-se Q e compara-se com K: se Q=K o sistema está em equilíbrio; se Q\neq K não está.
17(b) Para a esquerda (consumir produtos e formar reagentes).
17(c) Q=0 (se a concentração de qualquer produto for zero).

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