Com relação a reação de formação da amônia
O que ocorre se aumentarmos a quantidade de
sobre o sistema?
Passo 1
O enunciado fornece a reação e pede o que acontece se aumentarmos a quantidade de
. Dados e perguntas explícitas:
Pergunta: o que ocorre com o sistema (posição do equilíbrio, consumo/produção de espécies, e efeito térmico) se aumentarmos a quantidade de
?
Passo 2
O que é o equilíbrio e como descrevê‑lo numericamente. Num sistema em equilíbrio químico as concentrações das espécies permanecem constantes no tempo porque a velocidade direta iguala a velocidade inversa. Podemos quantificar a posição do equilíbrio por uma constante de equilíbrio em termos de concentrações:
Aqui
é a constante de equilíbrio (valor fixo para uma dada temperatura),
é a concentração molar de amônia no equilíbrio,
é a concentração de nitrogênio e
é a concentração de hidrogênio. Essa fórmula vem de substituir as concentrações na expressão do equilíbrio usando os coeficientes estequiométricos como expoentes.
Passo 3
Definição do quociente de reação
e como usar para prever o deslocamento. O quociente de reação tem a mesma forma de
mas com as concentrações instantâneas:
Se
o sistema não está suficientemente “carregado” de produtos e a reação avança no sentido direto (formando produtos). Se
o sistema tem excesso de produtos e a reação retrocede (forma reagentes). Agora veja o efeito de aumentar
: suponha concentrações iniciais
,
,
. Então
Se acrescentamos uma quantidade
em
, passa a ser
e o novo quociente é
Como
temos
. Se antes o sistema estava em equilíbrio (ou seja
), então
. Logo, ao aumentar
o quociente fica menor que
e o sistema tende a reagir no sentido direto para restaurar
. Em palavras simples: o equilíbrio desloca‑se para a direita (produzir
).
Passo 4
Tradução em termos estequiométricos (o que é consumido e o que é formado). Se o equilíbrio se desloca para a direita, chamamos de
a extensão do avanço adicional. Pela estequiometria:
-
é consumido na razão de mol por avanço : variação . -
é consumido na razão de mol por avanço : variação . -
é formado na razão de mol por avanço : variação .
Assim, após o ajuste do equilíbrio as concentrações serão, por exemplo,
com
até que a expressão do equilíbrio seja satisfeita de novo. Ou seja: parte do
adicional será consumida para formar
e também será consumido um pouco de
.
Passo 5
Efeito sobre a constante de equilíbrio e sobre a energia. A constante
só depende da temperatura; portanto, se aumentarmos somente a quantidade de
sem mudar a temperatura,
não muda — o que muda é a posição do equilíbrio (os valores das concentrações). Como a reação é exotérmica (
), o avanço para a direita libera calor. Se o sistema não for térmicamente controlado, essa liberação de calor pode elevar a temperatura, e aí sim a constante
diminuiria (para reações exotérmicas, aumento de temperatura desloca o equilíbrio para a esquerda). Mas sob temperatura mantida constante, apenas ocorre o deslocamento para a direita formando mais
.
Passo 6
Resumo prático e intuição para a prova (de forma amigável). Pense assim: adicionar um reagente é como empurrar a balança para o lado dos reagentes — o sistema “reaja” empurrando de volta, produzindo mais produto para recuperar o equilíbrio. No nosso caso, ao adicionar
o sistema forma mais
, consumindo
e parte do
adicionado, e libera calor por ser exotérmico. A constante de equilíbrio só mudaria se alterássemos a temperatura.
Resposta
O equilíbrio desloca‑se para a direita, formando mais
e consumindo
e parte do
adicionado; a constante de equilíbrio
não muda se a temperatura for mantida; como
, o avanço para a direita libera calor.