8-(A) Como sabemos quando o equilíbrio é alcançado numa reação química. (B) Defina e relacione equilíbrio químico, mecânico e termodinâmico. © 0 metanol H2 pode ser produzido pela reação entre o CO e o H2, 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:
CO + 2,H2 <=ftharpoons CH3OH + calor
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.

Passo 2

(A) Como sabemos que o equilíbrio foi atingido?
– Teoria envolvida: cinética química e lei de ação das massas.
– Explicação: Numa reação
aA + bB <=ftharpoons cC + dD
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
Q = [C]^c,[D]^d[A]^a,[B]^b
e, no equilíbrio, (constante de equilíbrio). Quando , não muda mais, logo chegamos em equilíbrio.

Passo 3

(B) Definições e relação entre os equilíbrios
  1. Equilíbrio químico: ocorre quando as taxas direta e inversa se igualam e as concentrações param de variar ( ).
  2. Equilíbrio mecânico: pressão uniforme em todo o sistema. Se houvesse diferença de pressão, o gás iria fluir até igualar.
  3. 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Resposta

(c1) diminui
(c2) diminui
(c3) aumenta
(c4) aumenta
(c5) diminui
(c6) diminui

Exercícios relacionados