A reação da amônia com oxigênio, para a qual se tem um
igual a -1.531 kJ , tem-se a seguinte equação:
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.
e) Aumento da temperatura.
De acordo com o Princípio de Le Chatelier, o sistema ao ser perturbado tem uma tendência a reestabelecer o equilíbrio.
e) Aumento da temperatura.
Passo 1
O enunciado dá a reação balanceada e o calor da reação:
e informa
.
O que é pedido:
- Escrever a expressão da constante de equilíbrio para essa reação (forma correta, lembrando as fases).
- Analisar a perturbação (e) aumento da temperatura: dizer para que lado o equilíbrio se desloca e justificar com base no Princípio de Le Chatelier e nas espécies envolvidas.
Informações relevantes a listar:
- Coeficientes estequiométricos:
tem coeficiente , tem coeficiente , tem coeficiente , tem coeficiente . - Fases:
são gases; é líquido. -
é negativo ( ), portanto a reação é exotérmica (libera calor).
Passo 2
Regra geral para escrever a constante de equilíbrio (
):
- Para uma reação genérica
a expressão em termos de atividades é
onde
é a atividade da espécie
.
- Observações sobre atividades:
- Para gases ideais, a atividade pode ser aproximada pela concentração (
) ou pela pressão parcial ( ), dependendo de qual constante se define ( ou ), mas a forma da expressão usa sempre atividades elevadas aos coeficientes estequiométricos. - Para um sólido puro ou um líquido puro (como
neste caso), a atividade é aproximadamente e, portanto, não aparece explicitamente na expressão de .
- Para gases ideais, a atividade pode ser aproximada pela concentração (
Passo 3
Aplicando a regra à reação dada, escrevemos primeiro em termos de atividades:
Agora usar a observação: a atividade do
puro é
, por isso essa espécie não aparece na forma final. Assim:
Se preferirmos escrever em termos de concentrações (constante
, usando
para as concentrações molares dos gases), obtemos:
(Essa é a expressão que geralmente se pede quando se diz “constante de equilíbrio” para uma reação em meio aquoso/gaseoso; a água líquida não aparece.)
Passo 4
Explicação didática do Princípio de Le Chatelier (em linguagem direta):
- O princípio diz que, quando um sistema em equilíbrio é perturbado, ele se ajusta no sentido de minimizar a perturbação.
- Perturbações possíveis: mudança de concentração/pressão, adição/remoção de substâncias, mudança de temperatura, mudança de volume, etc.
- Para a temperatura especificamente, a temperatura entra no balanço energético: se uma reação é exotérmica (
), ela libera calor; portanto, pode-se pensar qualitativamente que “calor” atua como um produto da reação. Se a reação fosse endotérmica ( ), o “calor” atuaria como um reagente.
Passo 5
Aplicando isso ao caso (nossa reação é exotérmica porque
):
- Interpretar o calor como produto: a reação libera calor, então escrever mentalmente a reação como
- Se aumentamos a temperatura (ou seja, adicionamos calor), segundo Le Chatelier o sistema tentará consumir esse calor extra para contrariar a perturbação. Para consumir calor, o equilíbrio desloca-se no sentido que consome calor — isto é, no sentido endotérmico da reação. O sentido endotérmico aqui é o sentido inverso da reação dada (porque a reação direta é exotérmica), portanto o equilíbrio desloca-se para os reagentes (para a esquerda).
- Consequência sobre a constante de equilíbrio: a variação de
com temperatura é dada pela equação de Van ’t Hoff em forma diferencial: Como , o membro direito é negativo, logo . Isso implica que, ao aumentar , diminui e, portanto, diminui. Intuição: adicionar calor desloca o equilíbrio para os reagentes e reduz a razão produtos/reactantes no equilíbrio, logo fica menor.
Passo 6
Resumo da justificativa de forma bem prática e curta (como para anotar na prova):
- Reação é exotérmica (
) → calor considerado produto. - Aumentar a temperatura = adicionar produto (calor) → reação desloca-se para consumir produto → deslocamento para os reagentes (esquerda).
- Além disso, o valor da constante de equilíbrio
diminui quando a temperatura aumenta (porque e a relação de Van ’t Hoff dá ).
Resposta
(e) Ao aumentar a temperatura, o equilíbrio desloca-se para os reagentes (para a esquerda) e a constante de equilíbrio