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 adicionado;
Passo 1
O enunciado dá a reação gás-gás
e informa que a reação é exotérmica. A pergunta é: como muda a posição de equilíbrio quando
é adicionado? Informações relevantes: foi adicionada apenas
(assumimos que a temperatura não muda por essa adição) e a reação está inicialmente em equilíbrio.
Passo 2
Conceitos que precisamos entender (explicação didática):
- Equilíbrio químico: numa mistura em equilíbrio, as velocidades direta e inversa são iguais e as pressões parciais dos gases satisfazem uma constante de equilíbrio (para gases usamos geralmente
). - Constante de equilíbrio
: é um número que depende só da temperatura e da estequiometria; para a reação dada definimos
onde
é a pressão parcial do gás
.
- Quociente de reação
: mesma expressão de mas com as pressões instantâneas (nem sempre em equilíbrio). Ou seja,
Interpretação prática: se
a reação prossegue no sentido direto (forma mais produtos) para aumentar
até igualar
; se
a reação prossegue no sentido inverso.
Passo 3
Aplicando o conceito ao caso de adição de
:
- Antes da adição, o sistema estava em equilíbrio, então
. - Ao adicionar
a pressão parcial de aumenta, vamos chamar o incremento de , então a nova expressão do quociente imediato é
- Comparando
com : o denominador aumentou, logo . Pela regra anterior, quando o equilíbrio se desloca no sentido direto para formar mais produtos até que volte a ser igual a .
Passo 4
Consequências concretas e observações:
- O deslocamento para a direita significa que a reação consome
e e produz e . Assim, as pressões parciais de e aumentam e as de e diminuem (em relação ao estado logo após a adição) até novo equilíbrio. - A constante
não muda com adição de reagente, desde que a temperatura permaneça a mesma; só muda se a temperatura mudar. - O fato de a reação ser exotérmica importa se a temperatura for alterada (aumentar temperatura deslocaria o equilíbrio para o lado endotérmico, aqui o inverso); mas na simples adição de
isso não entra na conta.
Passo 5
Exemplo numérico rápido para fixar a ideia: suponha inicialmente
(unidades quaisquer), então
Se adicionarmos
aumentando sua pressão para
, o novo quociente é
portanto o sistema reage no sentido direto até restaurar
, produzindo mais
e
.
Resposta
O equilíbrio desloca-se para a direita (sentido direto), ou seja, consome
e
e forma mais
e
; a constante
(à mesma temperatura) permanece inalterada.