Reações químicas dependem de energia e colisões eficazes que ocorrem entre as moléculas dos reagentes. Em sistema fechado, é de se esperar que o mesmo ocorra entre as moléculas dos produtos em menor ou maior grau até que se atinja o chamado “equilíbrio químico”.
O valor da constante de equilíbrio em função das concentrações das espécies no equilíbrio, em quantidade de matéria, é um dado importante para se avaliar a extensão (rendimento) da reação quando as concentrações não se alteram mais.
Considere a tabela com as quantidades de reagentes e produtos no início e no equilíbrio, na temperatura de
, para a seguinte reação:
reagentes/produtos
no início
no equilíbrio
| reagentes/produtos | no início | no equilíbrio |
|
|
|
|
|
|
|
|
Passo 1
O enunciado pede o valor da constante de equilíbrio em função das concentrações (
) para a reação química dada, à temperatura de
. A reação é
Os dados que eu peguei da tabela do enunciado são as concentrações iniciais e de equilíbrio (em mol L
):
Portanto a pergunta é: calcular
usando essas concentrações de equilíbrio.
Passo 2
Entendendo a expressão de
(lei das massas): para uma reação geral
a constante de equilíbrio em termos de concentrações é
onde cada concentração
é a concentração molar no equilíbrio e os expoentes são os coeficientes estequiométricos. No nosso caso, com
os coeficientes são
para
e
para
. Logo a expressão de
é
Explicando de maneira bem prática: elevamos a concentração de cada produto ao seu coeficiente, multiplicamos (aqui só um produto), e dividimos pelo produto das concentrações dos reagentes elevadas aos seus coeficientes.
Passo 3
Checagem rápida com o método ICE (Initial, Change, Equilibrium) para ver consistência dos dados — isso ajuda na prova para montar incógnitas quando só der valores iniciais e alguma mudança:
Usando os valores de equilíbrio dados:
, daí
. Logo o aumento em
é
, e
, que confere com a tabela. Isso mostra que os números estão consistentes com a estequiometria.
Passo 4
Agora substituímos as concentrações de equilíbrio na expressão de
. A expressão era
Substituindo
e
,
Calculemos passo a passo:
. Em seguida,
Passo 5
Interpretação e observações práticas para a prova:
- O valor
indica que, a , o equilíbrio não favorece fortemente os produtos (se muito maior que 1 favorece produtos; muito menor que 1 favorece reagentes). Aqui , então há mais reagente relativo ao produto no equilíbrio. - Sobre unidades: formalmente as concentrações têm unidade mol L
, mas frequentemente tratamos como adimensional, comparando com uma concentração padrão; em exercícios de prova é aceitável responder apenas com o número (a menos que o enunciado peça unidades). - Para resolver exercícios semelhantes no tempo de prova: escreva a expressão de
pela lei das massas, use concentrações de equilíbrio; se só tiver valores iniciais, monte ICE e resolva por incógnita .