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.
f) Aumento isotérmico do volume do recipiente (pressão diminuiu).
De acordo com o Princípio de Le Chatelier, o sistema ao ser perturbado tem uma tendência a reestabelecer o equilíbrio.
f) Aumento isotérmico do volume do recipiente (pressão diminuiu).
Passo 1
O enunciado pede duas coisas:
- Escrever a expressão da constante de equilíbrio para a reação dada.
- Para a perturbação (f) — aumento isotérmico do volume do recipiente (pressão diminuiu) — indicar para que lado o equilíbrio se desloca (reagentes ou produtos) e justificar com base nas espécies do equilíbrio e no princípio de Le Chatelier.
Informações fornecidas pelo enunciado:
- Equação balanceada:
-
(reação exotérmica). - Estado físico das espécies:
, e são gasosos; é líquido. - A perturbação (f) é aumento isotérmico do volume (isto é, temperatura constante e pressão total diminui).
Passo 2
Regra para escrever a constante de equilíbrio (forma em concentração
ou em pressão parcial
): a constante é o produto das atividades (ou concentrações/pressões) dos produtos, cada uma elevada ao coeficiente estequiométrico, dividido pelo produto das atividades dos reagentes, também elevadas aos seus coeficientes. Para espécies no estado padrão sólido ou líquido puro, a atividade é constante (≈1) e normalmente se omite da expressão de
.
No caso dado,
aparece como líquido puro, logo sua atividade é constante e será omitida da expressão de
.
Portanto a expressão da constante de equilíbrio em termos de concentrações (
) fica:
(Se preferir
em termos de pressões parciais, a forma análoga é
com a mesma observação sobre a água líquida.)
Passo 3
Vamos entender a perturbação: aumento isotérmico do volume → pressão total diminui. Pelo princípio de Le Chatelier, o sistema tende a reagir de modo a contrariar a mudança: aqui, tentar aumentar a pressão. Em sistemas gasosos isso normalmente significa que o equilíbrio se deslocará para o lado com maior número de mols de gás (porque aumentando o número de mols gasosos a pressão tende a aumentar).
Contagem dos mols gasosos de cada lado (peguei isso da equação dada):
- Lado dos reagentes (gases):
mol de + mol de = mol de gás. - Lado dos produtos (gases):
mol de + mol de água (líquida) = mol de gás.
Logo o lado com mais mols gasosos é o dos reagentes (7 mols) — esse é o lado que, se favorecido, aumentaria a pressão.
Passo 4
Apresento também um argumento usando o quociente de reação
(ou
se usar pressões): inicialmente em equilíbrio tem-se
. Se o volume aumenta isotermicamente, todas as pressões parciais dos gases diminuem proporcionalmente (cada
é multiplicada por um fator
com
). O novo quociente
relaciona-se com o antigo por um fator
, onde
Aqui
. Então:
Como
, tem-se
, logo
. Quando
o sistema está “com excesso” de produtos relativos e favorece a reação no sentido que reduz
, ou seja, favorece a reação no sentido dos reagentes (desloca-se para a esquerda) até restaurar
.
Passo 5
Interpretação física final e conexão com Le Chatelier: aumento do volume diminui a pressão; para contrariar essa diminuição o sistema desloca-se para o lado com mais mols gasosos (lado esquerdo, reagentes). Assim produz mais moléculas gasosas (
e
) e a pressão volta a subir até o novo equilíbrio. A temperatura não mudou (isotérmico), então a constante de equilíbrio
não se altera; apenas a posição do equilíbrio muda.
Resposta
O equilíbrio desloca-se para os reagentes (sentido à esquerda).