A reação da amônia com oxigênio, para a qual se tem um \Delta \mathrm{H} igual a -1.531 kJ , tem-se a seguinte equação:
4 \mathrm{NH}_{3}{ }_{(\mathrm{g})}+3 \mathrm{O}_{2(\mathrm{~g})} \rightleftharpoons 2 \mathrm{~N}_{2(\mathrm{~g})}+6 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(\mathrm{l})}
De acordo com o Princípio de Le Chatelier, o sistema ao ser perturbado tem uma tendência a reestabelecer o equilíbrio.
Escreva a expressão da constante de Equilíbrio da reação acima balanceada.
Algumas perturbações foram realizadas abaixo. Indique o que ocorrerá com o equilíbrio (deslocamento para reagentes ou produtos) no sistema em cada situação e justifique suas respostas baseado nas espécies que compõem o equilíbrio e os princípios de Le Chatelier.
c) Remoção de \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} do sistema.

Passo 1

Vamos deixar bem claro o que o enunciado dá e o que ele pede.
  • Reação fornecida:
4\mathrm{NH}_{3(g)}+3\mathrm{O}_{2(g)} \rightleftharpoons 2\mathrm{N}_{2(g)}+6\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{(l)}
  • Informação adicional: \Delta H = -1{,}531\\ \mathrm{kJ} (exotérmica).
  • O enunciado pede:
    1. Escrever a expressão da constante de equilíbrio para essa reação balanceada.
    2. Para a perturbação (c) — remoção de \mathrm{H}_2\mathrm{O} do sistema — indicar se o equilíbrio se desloca para reagentes ou produtos e justificar com base nas espécies do equilíbrio e no Princípio de Le Chatelier.
Observação importante que vou usar depois: a água aparece como fase líquida (\mathrm{l}). Guarde isso — afeta como montamos a expressão de K e a resposta ao perturbá‑la.

Passo 2

Como se constrói a expressão da constante de equilíbrio (aula rapidinha e prática).
  • Regra prática: para uma reação genérica
\alpha A + \beta B \rightleftharpoons \gamma C + \delta D
a constante de equilíbrio em termos de concentrações ( K_c ) é
K_c=\frac{[C]^{\gamma}[D]^{\delta}}{[A]^{\alpha}[B]^{\beta}}.
Cada espécie gasosa ou em solução aparece com sua concentração (atividade aproximada) elevada ao coeficiente estequiométrico. No entanto, há uma exceção: para fases puras (sólidos e líquidos puros) usa‑se atividade ≈ 1 e não se incluem explicitamente na expressão de K.
  • Aplicando à nossa reação: os reagentes \mathrm{NH}_3 e \mathrm{O}_2 estão na fase gasosa e aparecem na expressão; \mathrm{N}_2 também é gás e aparece; \mathrm{H}_2\mathrm{O} é líquida (fase pura) — sua atividade é 1 e, portanto, ela NÃO aparece explicitamente em K_c.
Logo a expressão correta é
K_c=\frac{[\mathrm{N}_2]^2}{[\mathrm{NH}_3]^4[\mathrm{O}_2]^3}.
  • Observação sobre K_p: se preferir a constante em termos de pressões parciais, a expressão análoga é
K_p=\frac{(P_{\mathrm{N}_2})^2}{(P_{\mathrm{NH}_3})^4(P_{\mathrm{O}_2})^3},
novamente sem P_{\mathrm{H}_2\mathrm{O(l)}} (porque a água está na fase líquida).
Expliquei o que cada símbolo significa:
  • [\mathrm{X}] = concentração mol/L da espécie \mathrm{X};
  • P_{\mathrm{X}} = pressão parcial da espécie \mathrm{X};
  • expoentes = coeficientes estequiométricos da reação.

Passo 3

Princípio de Le Chatelier e o quociente de reação Q — ferramentas para prever o sentido do deslocamento.
  • Princípio de Le Chatelier (versão curta): se um sistema em equilíbrio é perturbado (mudança de concentração, pressão, temperatura), ele tende a reagir de forma a contrariar essa perturbação, buscando restabelecer o equilíbrio.
  • Definição do quociente de reação Q_c (mesma forma de K_c mas com concentrações instantâneas):
Q_c=\frac{[\mathrm{N}_2]^2}{[\mathrm{NH}_3]^4[\mathrm{O}_2]^3}.
Comparações:
  • Se Q_c<K_c: o sistema ainda pode formar mais produtos → desloca‑se para a direita (formar produtos).
  • Se Q_c>K_c: excesso de produtos comparado ao equilíbrio → desloca‑se para a esquerda (formar reagentes).
  • Se Q_c=K_c: está em equilíbrio.
Importante: como \mathrm{H}_2\mathrm{O(l)} é fase líquida pura, ela não aparece em Q_c nem em K_c; sua atividade é tratada como a_{\mathrm{H}_2\mathrm{O}}=1, salvo condições especiais que vou explicar.

Passo 4

Análise específica da perturbação (c): remoção de \mathrm{H}_2\mathrm{O} do sistema.
Primeiro raciocínio direto pelo Princípio de Le Chatelier (forma habitual ensinada):
  • Remover um produto tende a deslocar o equilíbrio no sentido de produzir mais desse produto. Assim, pela intuição, remover \mathrm{H}_2\mathrm{O} faria o equilíbrio deslocar‑se para a direita (formar mais \mathrm{H}_2\mathrm{O}).
Agora, a nuance física/termodinâmica que é muito importante:
  • A água está indicada como \mathrm{H}_2\mathrm{O(l)}, ou seja, como um líquido puro. Em termodinâmica química a atividade de um líquido puro é aproximadamente 1 e não entra na expressão de K. Isso significa que pequenas remoções de água líquida, enquanto ainda houver fase líquida presente, NÃO alteram a atividade da água nem a expressão de K. Consequência direta: uma pequena remoção de água líquida pura geralmente NÃO muda Q_c nem faz o sistema se deslocar — o equilíbrio permanece praticamente inalterado.
  • Em contraste, se a água não estiver como fase líquida pura (por exemplo, se estiver numa solução diluída onde a sua “concentração efetiva” muda quando se retira água, ou se a remoção for tão grande que esgota a fase líquida), então a atividade de \mathrm{H}_2\mathrm{O} muda e a remoção efetivamente atua como retirar um produto do equilíbrio: nesse caso Q_c ficará menor que K_c e o sistema desloca‑se para a direita para produzir mais \mathrm{H}_2\mathrm{O}.
Resumindo os dois cenários possíveis (sempre bom saber o porquê para a prova):
  • Cenário A (mais comum em enunciados ideais): \mathrm{H}_2\mathrm{O} é líquido puro e permanece como uma fase líquida significativa. Remover uma parte não muda sua atividade ( a_{\mathrm{H}_2\mathrm{O}}\approx1) → NÃO HÁ deslocamento do equilíbrio apreciável.
  • Cenário B: remoção da água altera sua atividade (por exemplo, água em solução cujo teor muda significativamente, ou remoção completa da fase líquida) → o equilíbrio desloca‑se para a direita (formar mais produtos) para tentar repor \mathrm{H}_2\mathrm{O}.

Passo 5

Um jeito prático de responder numa prova (curto e seguro): explique primeiro a regra geral e depois a ressalva técnica — isso mostra que você sabe a regra e também a nuance.
Exemplo de frase que vale resposta completa na prova:
  • “Remover \mathrm{H}_2\mathrm{O} tende a deslocar o equilíbrio para a direita (formar mais produtos), porque se retira um produto; entretanto, como \mathrm{H}_2\mathrm{O} está na fase líquida e sua atividade é tratada como 1, pequenas remoções de água líquida pura não alteram o equilíbrio. Se a remoção for suficiente para alterar a atividade da água (ou se a água estiver em solução), então o equilíbrio desloca‑se para a direita.”

Resposta

Se a água estiver como líquido puro e sua atividade permanecer ≈ 1: não há deslocamento apreciável do equilíbrio.
Se a remoção reduzir significativamente a atividade/concentração de \mathrm{H}_2\mathrm{O} (por exemplo em solução ou esgotando a fase líquida): o equilíbrio desloca‑se para a direita (formando mais produtos).

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