Para a reação entre gases ideais
, 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
. Você pode consultar os dados do Apêndice.
é adicionado a
e
constantes.
Passo 1
O enunciado dá a reação
e pergunta o que acontece com o equilíbrio quando é adicionado
à mistura em equilíbrio, mantendo
e
constantes (isto é, temperatura constante e pressão total constante). Informações relevantes fornecidas:
- A reação entre gases ideais em equilíbrio está a
. - Foi adicionado hélio, que é um gás inerte (não reage com as espécies da mistura).
- A adição é feita de modo que tanto
quanto a pressão total permanecem constantes.
Nada mais é pedido além de dizer se o equilíbrio se desloca para a direita, para a esquerda, ou não se desloca.
Passo 2
Conceito-chave (explicado passo a passo e sem jargão): equilibrar uma reação gasosa envolve pressões parciais. Para a reação dada, a constante de equilíbrio em termos de pressões (a
fixa) é
onde
,
e
são as pressões parciais de cada gás no equilíbrio. Explicando: a constante
depende apenas da temperatura (a
dada) e não muda se eu só acrescentar um gás inerte, desde que a temperatura permaneça a mesma.
Entender o que muda quando adiciono
a
e
constantes. Para gases ideais a pressão parcial de uma espécie
é dada por
onde
é a fração molar da espécie
(
) e
é a pressão total. Se eu acrescento moles de
sem alterar
e mantendo
constante, o total de moles da mistura aumenta (
cresce) mas os números de mol
não mudam instantaneamente. Logo as frações molares dos reagentes e produtos diminuem, e cada pressão parcial se torna
Comparando com a pressão anterior
, vemos que existe um fator comum
tal que
Ou seja: todas as pressões parciais dos reagentes/produtos diminuem na mesma razão
porque a pressão total foi mantida, o que reduz as frações molares de todas as espécies presentes.
Passo 3
Calcular como isso afeta o quociente de reação
imediatamente após a adição (antes do sistema se reajustar). O novo quociente é
Substituindo
obtemos
Como
, temos
. Em palavras: logo após adicionar
a pressão parcial de cada componente caiu, mas como há dois gases no numerador e um no denominador, o efeito líquido foi reduzir o quociente
em relação a
.
Passo 4
Usando a regra de Le Chatelier (explicada sem formalismo): se após uma perturbação
, a reação tende a se deslocar para a direita (formar produtos) para aumentar
até voltar a
. Aqui, porque
, o sistema responde consumindo
e formando
e
— isto é, desloca-se para a direita — até restabelecer o equilíbrio.
Passo 5
Interpretação física e lembrança útil para a prova: adicionar um gás inerte à pressão total constante diminui as pressões parciais das espécies reativas (porque as frações molares caem). A reação se desloca no sentido de aumentar o número de mols gasosos se isso contrabalançar a queda das pressões parciais. Aqui a reação vai de 1 mol gasoso (
) para 2 mols gasosos (
), então desloca-se para o lado com mais mols — a direita. Obs.: contraste rápido — se a adição do gás inerte fosse feita a volume constante (não a pressão constante), as pressões parciais das espécies não mudariam imediatamente e, portanto, não haveria deslocamento do equilíbrio; esse contraste é um ponto comum em provas.
Resposta
Desloca-se para a direita (formação de
e
).