Em relação a uma reação em equilíbrio químico, assinale a alternativa incorreta:
a) Não pode ocorrer troca de matéria com o ambiente.
b) A energia não é introduzida ou removida do sistema.
c) A soma das quantidades de matéria dos reagentes deve ser igual à soma das quantidades de matéria dos produtos da reação.
d) As propriedades macroscópicas do sistema não variam com o tempo.
e) A rapidez é a mesma nos dois sentidos da reação e as concentrações das espécies envolvidas permanecem inalteradas.

Passo 1

O enunciado pede: identificar qual das alternativas é incorreta em relação a uma reação em equilíbrio químico. As alternativas fornecidas são:
a) Não pode ocorrer troca de matéria com o ambiente.
b) A energia não é introduzida ou removida do sistema.
c) A soma das quantidades de matéria dos reagentes deve ser igual à soma das quantidades de matéria dos produtos da reação.
d) As propriedades macroscópicas do sistema não variam com o tempo.
e) A rapidez é a mesma nos dois sentidos da reação e as concentrações das espécies envolvidas permanecem inalteradas.

Passo 2

Antes de analisar cada alternativa, vamos entender com calma e passo a passo o que significa “equilíbrio químico” — tipo de explicação de prova, bem mastigada.
  • Um sistema em equilíbrio químico é, em geral, um sistema onde a reação direta e a reação inversa ocorrem simultaneamente, e as velocidades (razões de conversão) dessas duas direções ficam iguais. Isso é o que chamamos de equilíbrio dinâmico: as reações não pararam, mas o efeito líquido é nulo.
  • Em consequência, as propriedades macroscópicas observáveis (como pressão, temperatura, concentrações) tornam‑se constantes com o tempo (estado estacionário).
  • É comum (e muitas questões usam isso) assumir que o sistema está fechado quanto à troca de matéria — ou seja, não entra nem sai matéria durante a observação do equilíbrio — porque, se houver entrada ou saída de reagentes/produtos, as concentrações mudam e o “equilíbrio” não se mantém da mesma forma.
  • Importante: conservação de massa (e de átomos) sempre vale; porém, o número total de mols de substância pode mudar durante a reação, dependendo da estequiometria. Ou seja, massa total (em gramas) e número de átomos são conservados, mas a soma dos mols nem sempre fica igual entre reagentes e produtos.

Passo 3

Análise da alternativa (a): “Não pode ocorrer troca de matéria com o ambiente.”
  • Se o sistema pudesse trocar matéria livremente com o ambiente, as concentrações poderiam variar por causa dessa troca e não apenas por reações internas; por isso, para se falar de um equilíbrio químico bem definido do sistema, normalmente exige‑se um sistema fechado à matéria.
  • Portanto, a frase (a) é, na interpretação usual de química, verdadeira: numa situação de equilíbrio químico no interior de um recipiente fechado não ocorre troca de matéria com o exterior. (Observação: existem equilíbrios em fluxo estacionário em sistemas abertos, mas não é a situação típica da questão.)

Passo 4

Análise da alternativa (b): “A energia não é introduzida ou removida do sistema.”
  • Essa frase é ambígua. Equilíbrio químico não exige que o sistema seja isolado energeticamente; muitas vezes o sistema está em equilíbrio térmico com o ambiente (mesma temperatura), o que significa que, no instante de equilíbrio, não há fluxo de calor líquido — mas isso não proíbe que durante o processo haja transferência de energia até atingir o equilíbrio.
  • Em termos práticos de questões básicas, costuma‑se aceitar que não há variação líquida de energia no estado de equilíbrio (estado estacionário), mas não é correto afirmar categoricamente que “energia nunca é introduzida ou removida” em todas as situações experimentais.
  • Apesar da ambiguidade, muitas provas interpretam (b) como uma afirmação aceitável se entendida como “no estado de equilíbrio não há variação líquida de energia do sistema” — então (b) tende a ser considerada verdadeira nesse contexto de múltipla escolha.

Passo 5

Análise da alternativa (c): “A soma das quantidades de matéria dos reagentes deve ser igual à soma das quantidades de matéria dos produtos da reação.”
  • Aqui é onde a atenção tem de ficar redobrada. Primeiro, clarificando termos: “quantidade de matéria” normalmente significa número de mols (símbolo n). A lei da conservação da massa exige que a massa total (e o número de átomos de cada elemento) seja o mesmo antes e depois da reação, mas isso não implica que o número total de mols seja o mesmo.
  • Exemplo concreto e simples: considere a reação de dissociação
\mathrm{N_2O_4 \rightleftharpoons 2\,NO_2}.
Um mol de \mathrm{N_2O_4} (ou seja, n=1 mol) pode equilibrar com até 2 mols de \mathrm{NO_2} ( n=2 mols). Aqui a soma dos mols dos reagentes ( 1 mol) não é igual à soma dos mols dos produtos ( 2 mol). Ainda assim, a reação pode atingir equilíbrio; a massa e os átomos estão conservados, mas o número de mols mudou.
  • Conclusão: a afirmação (c) é falsa. Não existe obrigação de que a soma dos números de mols de reagentes seja igual à soma dos números de mols de produtos. O que é obrigado é a conservação de massa/átomos.

Passo 6

Análise da alternativa (d): “As propriedades macroscópicas do sistema não variam com o tempo.”
  • Essa é a definição operacional de um estado de equilíbrio (estacionário): propriedades macroscópicas (concentrações, pressão, etc.) permanecem constantes com o tempo. A alternativa (d) é verdadeira.

Passo 7

Análise da alternativa (e): “A rapidez é a mesma nos dois sentidos da reação e as concentrações das espécies envolvidas permanecem inalteradas.”
  • Isso é exatamente a definição de equilíbrio dinâmico: velocidade da reação direta igual à da inversa, resultando em concentrações constantes no tempo. A alternativa (e) é verdadeira.

Passo 8

Síntese final do raciocínio (tom motivador): resumindo de forma direta — equilíbrio químico permite que o número de mols mude conforme a estequiometria; massa e átomos são conservados, e o que caracteriza o equilíbrio é a igualdade de velocidades e a estabilidade macroscópica. Por isso a afirmação que impõe igualdade obrigatória do número total de mols entre reagentes e produtos está errada. Vai dar certo na prova — lembre desse exemplo \mathrm{N_2O_4 \rightleftharpoons 2\,NO_2} na hora de justificar!

Resposta

c)

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