Para a reação entre gases ideais \mathrm{PCl}_{5}(g) \rightleftharpoons \mathrm{PCl}_{3}(g)+ \mathrm{Cl}_{2}(g), afirme se o equilíbrio se desloca para a direita, para a esquerda, ou não se desloca, quando é feita cada uma das seguintes mudanças em uma mistura em equilíbrio a 25^{\circ} \mathrm{C}. Você pode consultar os dados do Apêndice.
Algum \mathrm{PCl}_{5} é removido a T e V constantes.

Passo 1

O enunciado dá a reação em equilíbrio
\mathrm{PCl}_{5}(g) \rightleftharpoons \mathrm{PCl}_{3}(g)+\mathrm{Cl}_{2}(g) e pergunta o que acontece com o equilíbrio quando “algum \mathrm{PCl}_{5} é removido” mantendo T e V constantes.
Informações relevantes fornecidas:
  • A reação é a apresentada acima (há 1 mol de gás à esquerda e 2 mols de gás à direita por mol de reação).
  • A mudança é a remoção parcial de \mathrm{PCl}_{5} (ou seja, redução da sua concentração/pressão parcial).
  • A temperatura T é mantida constante.
  • O volume V é mantido constante.
    Pergunta a responder: o equilíbrio desloca-se para a direita, para a esquerda, ou não se desloca?

Passo 2

Conceito chave: constante de equilíbrio e quociente de reação.
Definimos o quociente de reação Q (com concentrações ou pressões parciais) da mesma forma que a constante de equilíbrio K, só que Q vale para a situação instantânea e K vale para o equilíbrio a uma dada temperatura. Para esta reação, podemos escrever (usando concentrações molares; a lógica é análoga para pressões parciais)
Q=\frac{[\mathrm{PCl}_3]\,[\mathrm{Cl}_2]}{[\mathrm{PCl}_5]}
e, no equilíbrio a temperatura fixa,
K=\frac{[\mathrm{PCl}_3]_{eq}\,[\mathrm{Cl}_2]_{eq}}{[\mathrm{PCl}_5]_{eq}}.
Regra prática: se Q<K a reação procede para a direita (produz mais produtos); se Q>K a reação procede para a esquerda (produz mais reagente); se Q=K já está em equilíbrio.

Passo 3

Efeito da remoção de \mathrm{PCl}_5 imediatamente após a operação (antes do reajuste do equilíbrio):
  • Ao remover parte de \mathrm{PCl}_5 em T e V constantes, a concentração [\mathrm{PCl}_5] diminui instantaneamente.
  • As concentrações de \mathrm{PCl}_3 e \mathrm{Cl}_2 não mudam imediatamente (no instante logo após a remoção).
  • Assim, o valor instantâneo de Q torna-se maior, porque o denominador em
Q=\frac{[\mathrm{PCl}_3]\,[\mathrm{Cl}_2]}{[\mathrm{PCl}_5]}
ficou menor. Logo, Q aumenta.

Passo 4

Interpretação pelo critério Q vs K:
  • Antes da remoção estávamos em equilíbrio, então Q=K.
  • Depois da remoção de \mathrm{PCl}_5 temos Q>K (porque [\mathrm{PCl}_5] diminuiu).
  • Quando Q>K, o sistema responde consumindo produtos e formando reagente, ou seja, a reação vai no sentido que reduz Q até que Q volte a igualar K. No nosso caso isso significa reação no sentido inverso (para a esquerda), consumindo \mathrm{PCl}_3 e \mathrm{Cl}_2 e produzindo \mathrm{PCl}_5.

Passo 5

Le Chatelier, em linguagem simples: tirar reagente “puxa” o equilíbrio no sentido de recompor o reagente perdido. Aqui, ao remover \mathrm{PCl}_5, o sistema se ajusta formando mais \mathrm{PCl}_5 a partir dos produtos; portanto o deslocamento é para a esquerda.

Passo 6

Observações finais e exemplo numérico simples (para fixar): suponha que inicialmente, no equilíbrio, [\mathrm{PCl}_5]=1,0, [\mathrm{PCl}_3]=0,5, [\mathrm{Cl}_2]=0,5. Então
K=\frac{0,5\cdot 0,5}{1,0}=0,25.
Se removemos \mathrm{PCl}_5 até [\mathrm{PCl}_5]=0,6 e mantemos momentaneamente os outros valores, então
Q=\frac{0,5\cdot 0,5}{0,6}\approx0,417>0,25=K,
logo o sistema reage para a esquerda até restaurar Q=K. Resultado: aumento de [\mathrm{PCl}_5] relativo ao estado logo após a remoção e diminuição das concentrações de \mathrm{PCl}_3 e \mathrm{Cl}_2 até um novo equilíbrio.

Resposta

Desloca-se para a esquerda.

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