Uma reação importante para a produção comercial do hidrogênio é
(Exotérmica). Como será a mudança de posição de equilíbrio em cada um dos seguintes casos?
é removido;
Passo 1
O enunciado dá a reação gasosa
e informa que a reação é exotérmica. A pergunta é: o que acontece com a posição de equilíbrio quando
é removido?\n
Informações relevantes fornecidas:
,
,
e
estão no estado gasoso.
A reação é exotérmica (mas não foi dito que a temperatura muda).
Foi removido do sistema em equilíbrio.
A pergunta pede a direção do deslocamento do equilíbrio e quais espécies aumentam/ diminuem.
Informações relevantes fornecidas:
A reação é exotérmica (mas não foi dito que a temperatura muda).
Foi removido
A pergunta pede a direção do deslocamento do equilíbrio e quais espécies aumentam/ diminuem.
Passo 2
Vou explicar uma ferramenta que vamos usar: a expressão da constante de equilíbrio para gases na forma de pressões parciais, chamada de
. Para a reação dada, a constante de equilíbrio em termos de pressões é
Aqui
é a pressão parcial do gás
. Quando o sistema está em equilíbrio, o quociente
é exatamente igual a
. Se em algum momento
o sistema reage no sentido direto (para a direita) para aumentar
; se
o sistema reage no sentido inverso (para a esquerda) para diminuir
. Essa comparação
versus
é uma forma matemática do princípio de Le Chatelier.
Passo 3
Agora veja o efeito de remover
. Se eu tiro parte do
, a pressão parcial
diminui instantaneamente. Imediatamente após a remoção, as demais pressões não mudaram ainda (no instante imediato), então o quociente passa a ser
onde
. Logo
. Como inicialmente
(o sistema estava em equilíbrio), temos
. Pela regra do passo anterior, isso significa que o sistema não está mais em equilíbrio e tende a reagir no sentido que aumenta
, isto é, no sentido direto (formando produtos).
Passo 4
Interprete fisicamente: reagir no sentido direto significa consumir
e
e formar
e
. Esse consumo/produção continua até que as pressões parciais se ajustem e
Ou seja, o equilíbrio desloca-se para a direita — o sistema “compensa” a perda de
produzindo mais dele.
Passo 5
Um comentário sobre a exotermicidade: a informação de que a reação é exotérmica importa se a temperatura mudar. Aqui não foi dito que a temperatura mudou, apenas que
foi removido; portanto o efeito dominante é o da mudança de concentração/pressão e não o da temperatura. (Só para lembrar: se aumentássemos a temperatura numa reação exotérmica, o equilíbrio desloca-se para a esquerda; se diminuíssemos a temperatura, desloca-se para a direita.)
Um mini-exemplo numérico (para sentir a coisa): suponha que, no equilíbrio inicial, . Então
. Se eu removo
e sua pressão cai para
instantaneamente, o novo
, que é menor que
. Logo a reação vai para a direita até restabelecer o equilíbrio e aumentar novamente
(produzindo mais
). Esse exemplo mostra numericamente a ideia do passo 3.
Um mini-exemplo numérico (para sentir a coisa): suponha que, no equilíbrio inicial,
Passo 6
Resumo didático e encorajador: quando você remove um produto gasoso de um sistema em equilíbrio, o sistema responde formando mais desse produto — é o princípio de Le Chatelier em ação. Não esqueça de comparar
com
quando quiser ser mais formal.
Resposta
O equilíbrio desloca-se para a direita (formando mais
e
, consumindo
e
).