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.
g) Adição de gás He sem alteração de volume.
De acordo com o Princípio de Le Chatelier, o sistema ao ser perturbado tem uma tendência a reestabelecer o equilíbrio.
g) Adição de gás He sem alteração de volume.
Passo 1
O enunciado nos dá a reação e pede duas coisas:
- Reação fornecida: 4 NH
(g) + 3 O (g) ⇌ 2 N (g) + 6 H O (l). - Informação adicional:
(reação exotérmica), embora esta informação não seja necessária para a parte (g).
O que é pedido:
- Escrever a expressão da constante de equilíbrio para a reação balanceada.
- Para a perturbação (g) — adição de gás hélio (
) sem alteração de volume — indicar para que lado o equilíbrio se desloca (reagentes, produtos ou nenhum deslocamento) e justificar com base nas espécies do equilíbrio e no Princípio de Le Chatelier.
Passo 2
O que é a constante de equilíbrio e como escrevê-la aqui (aula rápida):
- A constante de equilíbrio em termos de concentrações molares (chamada
) ou de pressões parciais ( ) envolve apenas as atividades das espécies envolvidas. Para substâncias puras líquidas e sólidas a atividade é (aproximadamente) 1, portanto não aparecem na expressão de . - Na reação dada a água está no estado líquido (
), então a sua atividade é e ela não entra explicitamente na expressão de . - Assim, escrevemos a expressão usando as concentrações (ou pressões) das espécies gasosas:
, e .
Expressões:
Explicação das notações:
- Em
: é a concentração molar de em mol·L . - Em
: é a pressão parcial de em unidades de pressão (por exemplo, atm). - Essas constantes são funções da temperatura (mudam se a temperatura mudar), mas são fixas para uma dada temperatura.
Passo 3
Princípio de Le Chatelier (passo-a-passo didático):
- Regra geral: se um sistema em equilíbrio for perturbado (variação de concentração, pressão/volume, temperatura), o sistema reage de modo a reduzir parcialmente essa perturbação, deslocando o equilíbrio na direção que compense a mudança.
- Para gases, uma mudança que importa para o equilíbrio é a alteração das concentrações ou das pressões parciais das espécies reativas.
- Fórmulas úteis para gases ideais:
onde
é a pressão parcial da espécie
,
é sua quantidade de matéria (mol),
constante dos gases,
temperatura absoluta e
volume do recipiente.
Outra relação:
Outra relação:
onde
é a fração molar e
é a pressão total.
- Importante distinguir dois cenários ao adicionar um gás inerte (como
): - Se a adição é feita a volume constante: as quantidades
das espécies reativas não mudam, não muda, logo permanece igual — as pressões parciais das espécies reativas não mudam. - Se a adição é feita a pressão constante (ou seja, permite-se alteração de volume), o volume pode aumentar e as pressões parciais das espécies reativas podem mudar, o que pode deslocar o equilíbrio. Portanto o efeito depende se o processo é a volume constante ou a pressão constante.
- Se a adição é feita a volume constante: as quantidades
Passo 4
Aplicando o raciocínio ao caso (g): adição de
sem alteração de volume
- Espécies que participam do equilíbrio gasoso aqui:
, e . A está no estado líquido e não entra na expressão de . - Ao adicionar
em volume constante: - As quantidades molares de
, e não são alteradas instantaneamente pela adição do gás inerte. - Como
e permanecem os mesmos, para cada gás reativo vale . Portanto cada permanece inalterado. - Consequentemente, as concentrações molares
(para gases em um volume fixo) também permanecem inalteradas.
- As quantidades molares de
- Pela definição de razão de reação (quociente de reação
) e pelo Princípio de Le Chatelier, se as pressões parciais/concentrações dos reagentes e produtos não mudam, não muda e não há razão para o sistema deslocar-se para compensar nada. - Conclusão física: a adição de um gás inerte a volume constante aumenta a pressão total, mas NÃO altera as condições que controlam o equilíbrio (as pressões parciais/concentrações dos reagentes e produtos), logo o equilíbrio não se desloca.
Observação didática extra (útil na prova): se a adição de gás inerte fosse feita mantendo a pressão total constante (permitindo que o volume aumente), aí as pressões parciais das espécies reagentes mudariam e o equilíbrio poderia deslocar-se — normalmente na direção que tenha mais mols gasosos para contrariar a diminuição de pressão parcial. Mas esse não é o caso aqui.
Resposta
g) Sem deslocamento do equilíbrio (nenhuma mudança), porque a adição de
a volume constante não altera as pressões parciais nem as concentrações das espécies reativas.