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?
A pressão é aumentada pela adição do gás He ;
A pressão é aumentada pela adição do gás He ;
Passo 1
Enunciado e dados importantes (do jeito que você pediu: o que é dado e o que se pede).
A reação é . O enunciado diz que a reação é exotérmica. A pergunta específica: “Como será a mudança de posição de equilíbrio se a pressão é aumentada pela adição do gás He?”
Informações relevantes que temos do enunciado:
A reação é
Informações relevantes que temos do enunciado:
- Todos os participantes são gases.
- Foi adicionada uma quantidade de gás hélio (
), que é inerte (não reage). - Não foi especificado o que acontece com o volume (recipiente rígido ou pistão móvel), nem se a temperatura muda; assumimos que a temperatura se mantém constante (caso contrário K dependeria de T).
- Estoquimetria: 1 mol de
+ 1 mol de → 1 mol de + 1 mol de . Logo o número total de mols gasosos dos reagentes é e dos produtos é . Portanto .
O que se pede: descrever a mudança na posição de equilíbrio quando a pressão total aumenta pela adição de.
Passo 2
Explicando o que é importante saber para resolver (fórmulas e definições usadas).
Definição do quociente de reação em termos de pressões (e do ). Para a reação dada, o equilíbrio em termos de pressões parciais é dado por:
Definição do quociente de reação em termos de pressões (e do
Aqui cada
é a pressão parcial do gás
. Lembre:
depende somente da temperatura (se a temperatura for mantida constante,
não muda). O que pode mudar é o quociente de reação
se as pressões parciais mudarem; o sistema em desequilíbrio tende a reagir para restabelecer
(Princípio de Le Chatelier).
Passo 3
O que significa adicionar um gás inerte (
)? (conceito de pressão total e pressões parciais)
- Pressão total:
. - Pressão parcial de uma espécie ideal:
(onde é o número de mols da espécie , é a constante dos gases, a temperatura e o volume). Alternativamente, onde é a fração molar de .
Adicionaraumenta o número total de mols e, portanto altera . O efeito sobre cada depende se o volume é fixo ou se a pressão é mantida por expansão do volume.
Passo 4
Caso A — adicionando
em recipiente de volume fixo (contêiner rígido): impacto nas pressões parciais.
Usando : se o volume
e a temperatura
são mantidos fixos e você só adiciona
, os
das espécies reativas (
) não mudam instantaneamente com a adição de
. Logo, para cada espécie reativa:
Usando
Ou seja, as pressões parciais dos reagentes e produtos permanecem as mesmas imediatamente após a adição de
. Portanto
não muda e o equilíbrio não é deslocado. (Kp também não mudou porque T não mudou.)
Passo 5
Caso B — adicionando
mas mantendo a pressão externa constante (pistão móvel): análise via fator multiplicativo e
.
Quando se adiciona um gás inerte e o sistema é permitido expandir de modo que a pressão total permaneça constante, as pressões parciais dos gases reativos mudam porque o volume muda; porém todas as pressões parciais dos gases reagentes são afetadas da mesma forma (são multiplicadas por um mesmo fator ). Se cada pressão parcial é multiplicada por
, então o quociente
se transforma assim:
Quando se adiciona um gás inerte e o sistema é permitido expandir de modo que a pressão total permaneça constante, as pressões parciais dos gases reativos mudam porque o volume muda; porém todas as pressões parciais dos gases reagentes são afetadas da mesma forma (são multiplicadas por um mesmo fator
Aqui
é a variação do número de mols gasosos dos produtos menos reagentes; para nossa reação
. Portanto
e
Conclusão: mesmo que as pressões parciais mudem por expansão, quando
o efeito cancela e o equilíbrio não se desloca.
Passo 6
Resumo didático e intuição (para decorar na prova):
- Adição de gás inerte pode ou não mudar pressões parciais dependendo se o volume é fixo ou não.
- Regra prática útil: se
(mesmo número de mols gasosos de cada lado), então mudanças na pressão total (por adição de gás inerte ou por compressão/expansão) não deslocam a posição do equilíbrio. - No nosso caso
, logo a adição de não altera a posição de equilíbrio (desde que a temperatura permaneça constante).
Resposta
A adição de
não desloca a posição de equilíbrio (sem mudança na temperatura), porque
.