8-(A) Como sabemos quando o equilíbrio é alcançado numa reação química. (B) Defina e relacione equilíbrio químico, mecânico e termodinâmico. © 0 metanol
pode ser produzido pela reação entre o CO e o
, com a liberação de calor. Todas as espécies na reação são gasosas. Qual efeito que cada uma das seguintes variações terá na concentração de CO no equilíbrio? (c1) a pressão é aumentada; (c2) o volume do recipiente de reação é diminuído; (c3) é adicionado calor; (c4) a concentração de CO é aumentada; (c5) parte do metanol é removido do recipiente; (c6) é adicionado
. Fundamente e contextualize suas respostas.
Passo 1
Beleza, o exercício tem três tópicos principais:
A) “Como a gente sabe quando uma reação química chegou ao equilíbrio?”
B) “Defina e relacione equilíbrio químico, mecânico e termodinâmico.”
C) Numa reação gasosa exotérmica que gera metanol:
A) “Como a gente sabe quando uma reação química chegou ao equilíbrio?”
B) “Defina e relacione equilíbrio químico, mecânico e termodinâmico.”
C) Numa reação gasosa exotérmica que gera metanol:
temos que dizer como varia a concentração de CO em seis situações (mudança de pressão, volume, calor, adição/remoção de espécies).
O conteúdo é basicamente: lei de ação das massas, constante de equilíbrio , princípio de Le Châtelier e definição dos tipos de equilíbrio.
O conteúdo é basicamente: lei de ação das massas, constante de equilíbrio
Passo 2
(A) Como sabemos que o equilíbrio foi atingido?
– Teoria envolvida: cinética química e lei de ação das massas.
– Explicação: Numa reação
– Teoria envolvida: cinética química e lei de ação das massas.
– Explicação: Numa reação
há uma reação direta (A+B→C+D) e uma inversa (C+D→A+B). Quando as velocidades dessas duas reações se igualam, as concentrações de A, B, C e D param de mudar. É esse o sinal de “equilíbrio químico”.
Em termos de equação, definimos o quociente de reação
Em termos de equação, definimos o quociente de reação
e, no equilíbrio,
(constante de equilíbrio). Quando
,
não muda mais, logo chegamos em equilíbrio.
Passo 3
(B) Definições e relação entre os equilíbrios
- Equilíbrio químico: ocorre quando as taxas direta e inversa se igualam e as concentrações param de variar (
). - Equilíbrio mecânico: pressão uniforme em todo o sistema. Se houvesse diferença de pressão, o gás iria fluir até igualar.
- Equilíbrio termodinâmico (ou térmico): temperatura uniforme. Se existirem pontos com temperaturas diferentes, o calor flui até uniformizar.
Todos esses equilíbrios são exigências para o sistema atingir um estado estável:
– Químico fala dos reagentes/produtos,
– Mecânico fala de pressão,
– Térmico fala de temperatura.
No “equilíbrio total” esses três são satisfeitos simultaneamente.
Passo 4
© Preparando a resolução de Le Châtelier
Reação:
– É exotérmica (libera calor).
– Gás → gás (3 mol à esquerda, 1 mol à direita).
Regra de ouro (Le Châtelier): se você “perturba” um equilíbrio, ele reage no sentido que tende a minimizar essa perturbação.
Reação:
– É exotérmica (libera calor).
– Gás → gás (3 mol à esquerda, 1 mol à direita).
Regra de ouro (Le Châtelier): se você “perturba” um equilíbrio, ele reage no sentido que tende a minimizar essa perturbação.
Passo 5
(c1) pressão é aumentada
Aumentar pressão num sistema gasoso equivale a favorecer o lado de menor volume (menor número de mols gasosos).
Aqui: 3 mols (esq.) → 1 mol (dir.), então o sistema vai para a direita para reduzir a pressão.
Resultado: a concentração de CO no novo equilíbrio diminui.
Aumentar pressão num sistema gasoso equivale a favorecer o lado de menor volume (menor número de mols gasosos).
Aqui: 3 mols (esq.) → 1 mol (dir.), então o sistema vai para a direita para reduzir a pressão.
Resultado: a concentração de CO no novo equilíbrio diminui.
Passo 6
(c2) volume é diminuído
Diminuir volume = aumentar pressão. É a mesma história do item anterior.
Sistema “foge” para o lado de menos mols gasosos (direita).
Resultado: [CO] diminui.
Diminuir volume = aumentar pressão. É a mesma história do item anterior.
Sistema “foge” para o lado de menos mols gasosos (direita).
Resultado: [CO] diminui.
Passo 7
(c3) adiciona-se calor
Como a reação libera calor (é exotérmica), o calor é considerado um “produto”.
Adicionar calor desloca o equilíbrio para o lado dos reagentes (para absorver calor).
Resultado: [CO] aumenta.
Como a reação libera calor (é exotérmica), o calor é considerado um “produto”.
Adicionar calor desloca o equilíbrio para o lado dos reagentes (para absorver calor).
Resultado: [CO] aumenta.
Passo 8
(c4) adiciona-se CO
Você aumenta instantaneamente [CO], então o equilíbrio vai “querer” consumir CO empurrando a reação para a direita.
No final, a concentração de CO estabiliza num valor maior que a original (apesar de ter sido um pouco consumido pelo deslocamento, ela fica acima do que era antes da adição).
Resultado: [CO] aumenta.
Você aumenta instantaneamente [CO], então o equilíbrio vai “querer” consumir CO empurrando a reação para a direita.
No final, a concentração de CO estabiliza num valor maior que a original (apesar de ter sido um pouco consumido pelo deslocamento, ela fica acima do que era antes da adição).
Resultado: [CO] aumenta.
Passo 9
(c5) remove-se parte do metanol
Tirando produto, o sistema reage para produzir mais metanol (vai para a direita).
Isso consome CO.
Resultado: [CO] diminui.
Tirando produto, o sistema reage para produzir mais metanol (vai para a direita).
Isso consome CO.
Resultado: [CO] diminui.
Passo 10
(c6) adiciona-se H₂
Mais reagente do lado esquerdo empurra a reação para a direita (para “queimar” o excesso).
Logo, consome-se CO.
Resultado: [CO] diminui.
Mais reagente do lado esquerdo empurra a reação para a direita (para “queimar” o excesso).
Logo, consome-se CO.
Resultado: [CO] diminui.
Resposta
(c1) diminui
(c2) diminui
(c3) aumenta
(c4) aumenta
(c5) diminui
(c6) diminui
(c2) diminui
(c3) aumenta
(c4) aumenta
(c5) diminui
(c6) diminui