(a) Como o quociente de reação difere da constante de equilíbrio? (b) Se
em qual sentido a reação prossegue para atingir o equilíbrio? (c) Qual condição deve ser satisfeita para que
? 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)
se a concentração de qualquer produto for zero.
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)
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 em qual sentido a reação prossegue para atingir o equilíbrio?
(c) Qual condição deve ser satisfeita para que ?
(a) Como o quociente de reação difere da constante de equilíbrio?
(b) Se
(c) Qual condição deve ser satisfeita para que
Segundo conjunto (questão 17):
(a) Como um quociente de reação é usado para determinar se um sistema está em equilíbrio?
(b) Se 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 neste ponto da reação?
(a) Como um quociente de reação é usado para determinar se um sistema está em equilíbrio?
(b) Se
(c) No início de determinada reação, apenas reagentes estão presentes; nenhum produto é formado. Qual o valor de
Informações implícitas dadas pelo enunciado / pelo enunciado original: você trabalha com concentrações (ou pressões parciais, conforme o caso) para calcular
e
;
é a constante do equilíbrio para uma temperatura fixa;
pode ser calculado a qualquer instante. Não há figura nem tabela adicional a considerar.
Passo 2
Definição e fórmula do quociente de reação
(a parte técnica que você precisa saber): considere uma reação genérica
O quociente de reação
, é definido por
onde
significa a concentração (mol·L^{-1}) da espécie
no instante em que você está avaliando. Os expoentes são os coeficientes estequiométricos da reação. Aqui cada símbolo está em TeX conforme a regra:
,
,
,
,
.
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
naquele instante.
Passo 3
Definição da constante de equilíbrio
e diferença conceitual inicial: a constante de equilíbrio
, tem a mesma expressão algébrica que
,
mas com uma diferença crucial: as concentrações usadas em
são as concentrações quando o sistema já alcançou o equilíbrio (daí o índice “eq”). Portanto:
-
usa concentrações em um instante qualquer (pode variar com o tempo); -
usa concentrações no equilíbrio (é uma constante para uma dada temperatura).
Também importante:
depende somente da temperatura (não depende das concentrações iniciais).
Passo 4
Como usar a comparação entre
e
para prever a direção em que a reação vai se mover:
Raciocínio direto e intuitivo:
- Se eu calcular
e encontrar , 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 ( ), a reação precisa produzir mais produtos: a reação segue no sentido direto (para a direita), consumindo reagentes e formando produtos, até que aumente e alcance . - Se
, a razão “produtos/reagentes” é maior do que a razão no equilíbrio — há relativamente muitos produtos. Para reduzir essa razão até , a reação precisa consumir produtos e formar reagentes: a reação segue no sentido inverso (para a esquerda). - Se
, 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
onde
é a constante dos gases e
a temperatura. No equilíbrio
, daí
. Assim, se
(o que ocorre quando
), a reação é espontânea no sentido direto; se
(quando
), 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
com
(já conhecido para a temperatura dada). Se no instante inicial eu tenho
e
, então
Como
e
, temos
: portanto a reação segue para a direita (mais produtos) até atingir
. Esse tipo de conta rápida é exatamente o que o professor costuma pedir: calcule
e compare com
.
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
é calculado com concentrações em um instante qualquer; a constante de equilíbrio
é calculada com as concentrações quando o sistema está no equilíbrio.
varia com o tempo (depende do estado atual);
é fixo para uma dada temperatura.
(b) Se
, em qual sentido a reação prossegue? A reação prossegue no sentido direto (para a direita), formando mais produtos até que
aumente e alcance
.
(c) Qual condição para que
? Para que
as concentrações usadas no cálculo de
devem ser exatamente as concentrações no equilíbrio (além disso, a temperatura deve ser a mesma para a qual
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
com as concentrações atuais e compara com
: se
o sistema está em equilíbrio; se
não está — o sinal da diferença indica a direção do deslocamento.
(b) Se
, 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
diminua e alcance
.
(c) No início da reação, apenas reagentes estão presentes; nenhum produto é formado. Qual o valor de
nesse ponto? Se algum produto tem concentração zero, então o numerador da expressão de
é zero, logo
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
nem em
; mas para o caso padrão “só reagentes em solução/mesma fase”,
no início.
Passo 8
Dicas rápidas de prova (como um amigo que já passou por isso):
- Sempre escreva a expressão de
para a reação dada (coloque os expoentes). - Calcule
com os números dados e compare com . - Se estiver com pressões parciais em gases, use
ou simplesmente a mesma expressão mas com pressões; o raciocínio é idêntico. - Se o enunciado fornece
para uma temperatura diferente, lembre-se que não dá para comparar sem ajustar a temperatura — muda com temperatura.
Vai dar certo — respira, faz a conta do
e compara com o
. Boa sorte!
Resposta
(a)
usa concentrações em um instante qualquer;
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 devem ser as concentrações no equilíbrio (e a temperatura deve ser a mesma para a qual
foi definido).
17(a) Calcula-se e compara-se com
: se
o sistema está em equilíbrio; se
não está.
17(b) Para a esquerda (consumir produtos e formar reagentes).
17(c) (se a concentração de qualquer produto for zero).
(b) Para a direita (sentido direto, formando mais produtos).
(c) As concentrações usadas para calcular
17(a) Calcula-se
17(b) Para a esquerda (consumir produtos e formar reagentes).
17(c)