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 temperatura é aumentada.
A temperatura é aumentada.
Passo 1
O enunciado fornece a reação
e diz que ela é exotérmica. A pergunta é: qual é a mudança da posição de equilíbrio quando a temperatura é aumentada?
Informações relevantes listadas:
Informações relevantes listadas:
- A reação química está escrita acima.
- A reação é exotérmica (libera calor).
- A condição que muda é: a temperatura do sistema é aumentada.
- Queremos saber como a posição de equilíbrio se altera (mais produtos, mais reagentes, ou sem mudança).
Passo 2
Entendendo qualitativamente o que significa “exotérmica” e o que fazer ao aumentar temperatura. Vou explicar de forma bem direta e prática:
- “Exotérmica” quer dizer que, quando a reação ocorre no sentido direto (da esquerda para a direita), ela libera calor para o ambiente. Em termos de entalpia padrão, isso significa que a variação de entalpia é negativa:
. Vou repetir isso devagar: é a energia (entalpia) liberada ou absorvida quando a reação ocorre; para exotérmicas é negativo. - Aumentar a temperatura é o mesmo que “fornecer calor” ao sistema. Uma forma útil de visualizar (muito usada na prova) é escrever o calor como se fosse um produto ou reagente. Para uma reação exotérmica podemos escrever, conceptualmente:
ou seja, o calor aparece no lado dos produtos. Isso vai nos ajudar a aplicar a regra prática de equilíbrio.
Passo 3
Aplicando o Princípio de Le Châtelier (explicado de forma prática). Vou explicar o princípio e como usá-lo em prova:
- O Princípio de Le Châtelier diz que, se um sistema em equilíbrio sofre uma perturbação (como mudança de concentração, pressão ou temperatura), o equilíbrio desloca-se de modo a contrariar essa perturbação.
- No nosso caso a perturbação é o aumento de temperatura — isto é, estamos “adicionando calor”. Usando a escrita da reação que inclui o calor no lado dos produtos, adicionar calor é análogo a aumentar a concentração de um produto. Pela regra de Le Châtelier, aumentar um produto leva o equilíbrio a deslocar-se no sentido que consome esse produto, ou seja, no sentido inverso (para a esquerda).
- Conclusão qualitativa (sem ainda usar fórmulas): ao aumentar a temperatura, para uma reação exotérmica, o equilíbrio tende a deslocar-se no sentido que absorve calor — que é o sentido endotérmico (o inverso). Assim esperamos uma diminuição relativa de produtos e aumento relativo de reagentes.
Passo 4
Confirmação quantitativa via a equação de van 't Hoff (pra quem gosta de fórmula na prova). Vou apresentar a equação, explicar cada símbolo e interpretar o sinal:
A forma diferencial da equação de van 't Hoff é
A forma diferencial da equação de van 't Hoff é
Explicando símbolos:
-
é a constante de equilíbrio (para gases, seria em função de pressões parciais, ou em concentrações; o raciocínio do sinal é o mesmo). -
é a temperatura absoluta em kelvin (K). -
é a constante universal dos gases ( ). -
é a variação de entalpia padrão da reação (em J/mol); para reação exotérmica temos .
Interpretação: se, então , ou seja, diminui quando aumenta — portanto diminui com o aumento de . Uma diminuição de significa que, no equilíbrio, a razão diminui: menos produtos relativos, mais reagentes relativos.
Passo 5
Conectando a interpretação matemática ao deslocamento prático do equilíbrio (dica de prova passo a passo):
- Você pode resolver de forma rápida em prova sem calcular nada: identificar que a reação é exotérmica (
). - Ao aumentar
temos diminuindo (pela van 't Hoff) — isso significa que, no novo equilíbrio, a fração de produtos é menor que antes. - Pela intuição de Le Châtelier (vai na mesma ideia): adicionar calor ao sistema que já libera calor (exotérmico) faz o sistema “reagir no sentido que consome esse calor”, ou seja, o sentido inverso/endotérmico.
- Resultado prático: a produção de
diminui e as concentrações/pressões de e aumentam, comparado ao equilíbrio anterior.
Resposta
O equilíbrio desloca-se para a esquerda (favorece os reagentes), diminuindo a produção de
.