Quais são as características do Equilíbrio Químico. Discuta o princípio de LeChatêlier quando ocorre adição de reagente, produtos, bem como, quando há remoção de reagentes e produtos. Apresente as reações hipotéticas.
Passo 1
O enunciado pede duas coisas principais:
- Listar e explicar as características do equilíbrio químico.
- Discutir o princípio de Le Chatelier nos quatro casos: adição de reagente, adição de produto, remoção de reagente e remoção de produto — e apresentar reações hipotéticas que ilustrem esses casos.
Informações fornecidas pelo enunciado:
- Você quer entender o que define um equilíbrio químico.
- Quer saber como o sistema reage (desloca) quando fazemos perturbações (adição ou remoção de espécies).
- Precisa de reações hipotéticas para visualizar os efeitos.
Passo 2
O que é equilíbrio químico (descrição e característica principal)
- Em palavras simples: equilíbrio químico é o estado de uma reação reversível em que as velocidades das reações direta e inversa são iguais. Isso não significa que as reações pararam — elas continuam ocorrendo, mas a partir desse momento as concentrações médias de reagentes e produtos ficam constantes no tempo.
- Característica fundamental: sistema dinâmico com taxas iguais. Em símbolos: para a reação genérica
no equilíbrio temos
- Consequência prática: as concentrações
permanecem constantes (mas não necessariamente iguais entre si).
Passo 3
Constante de equilíbrio e significado
- Definição (forma em termos de concentração): para a reação do passo anterior define-se a constante de equilíbrio
como
Aqui
é a concentração em mol·L^{-1} de
no equilíbrio;
são os coeficientes estequiométricos.
- Interpretação:
é fixo (para dada temperatura) e indica se, no equilíbrio, o sistema tem mais produtos ( grande) ou mais reagentes ( pequeno). - Observação importante: mudanças de concentração por si só não alteram
. Apenas a temperatura muda .
Passo 4
Quociente de reação
— como prever a direção do deslocamento
- Definição do quociente de reação
(mesma fórmula que mas usando concentrações instantâneas, não necessariamente as de equilíbrio):
- Regra prática:
- Se
: há mais reagentes relativos ao equilíbrio → reação favorece a formação de produtos (desloca para a direita). - Se
: há mais produtos relativos ao equilíbrio → reação favorece formação de reagentes (desloca para a esquerda). - Se
: o sistema já está em equilíbrio.
- Se
- Por isso, quando fazemos uma perturbação, comparamos o novo
com para saber para onde o sistema vai “se mover”.
Passo 5
Enunciado do princípio de Le Chatelier (forma prática e intuitiva)
- Forma curta e útil: se um sistema em equilíbrio sofrer uma perturbação (mudança de concentração, pressão, volume, temperatura), o sistema reage de modo a contrabalançar essa perturbação — ou seja, desloca-se na direção que tende a reduzir o efeito da mudança.
- Importante: Le Chatelier prevê a direção do deslocamento, mas não dá a nova composição final numérica (para isto, usamos
e balanços estequiométricos).
Passo 6
Caso A — Adição de reagente (explicação geral e argumento com
)
- Reação hipotética genérica:
- Situação: antes da adição o sistema está em equilíbrio com
. - Se adicionarmos reagente
, a nova concentração de aumenta; substituindo no quociente:
Como o denominador aumentou,
.
- Conclusão: como
, o sistema desloca-se para a direita (formando produtos) até restabelecer . Assim consumimos parte do reagente adicionado e formamos produto. - Exemplo numérico simples (para “ver com números”): suponha inicialmente
, , e . Então (já favorecia produtos). Se adicionarmos levando para , então — ainda menor; o sistema reage formando mais até voltar a .
Passo 7
Caso B — Adição de produto (explicação com
)
- Mesma reação de exemplo:
- Adicionando produto
: o numerador de aumenta, portanto . - Consequência: como
, o sistema desloca-se para a esquerda — ou seja, a reação inversa é favorecida, consumindo parte do produto adicionado e regenerando reagentes até voltar a igualar . - Intuição: o sistema “tenta” reduzir o excesso de produto criando reagentes.
Passo 8
Caso C — Remoção de reagente (explicação com
)
- Mesma reação:
- Se removemos
, o denominador de diminui, fazendo aumentar. - Se
, o sistema desloca-se para a esquerda (formando mais reagentes a partir dos produtos) até restaurar . - Conclusão prática: remoção de reagente tende a deslocar o equilíbrio no sentido de produzir mais reagentes (ou seja, favorece reação inversa).
Passo 9
Caso D — Remoção de produto (explicação com
)
- Novamente:
- Removendo
, o numerador de diminui, então . - Consequência: o sistema desloca-se para a direita (formando mais produto) até que
volte a igualar . - Aplicação prática: muitas vezes em processos industriais remove-se o produto continuamente para “puxar” a reação para a direita e aumentar rendimento.
Passo 10
Observações adicionais importantes (pequenos detalhes que caem na prova)
-
só muda com temperatura. Assim, embora manipulações de concentração/deslocamento mudem as concentrações de equilíbrio, o valor numérico de permanece igual se a temperatura for mantida. - Para reações gasosas podemos usar
em termos de pressões parciais. O raciocínio com é análogo: se a pressão parcial de um reagente aumenta, o em termos de pressões muda e o sistema reage conforme Le Chatelier. - Em mudanças de volume: reduzir volume (aumentar pressão) favorece o lado com menos mols gasosos; aumentar volume favorece o lado com mais mols gasosos. Exemplo clássico:
tem
mols gasosos à esquerda e
à direita; portanto, aumento de pressão (redução de volume) favorece a formação de
.
- Adição de um gás inerte a volume constante: não altera as pressões parciais dos reagentes e produtos, logo não afeta o equilíbrio. Se a adição de inerte for feita mantendo pressão constante e isso alterar o volume, aí pode haver efeito.
Passo 11
Exemplos hipotéticos finais (resumo com reações concretas)
- Exemplo 1 (adição de reagente):
. Se adicionarmos , diminui e o sistema forma mais (desloca à direita). - Exemplo 2 (adição de produto):
. Se adicionarmos , aumenta e o sistema desloca-se à esquerda, formando mais e . - Exemplo 3 (remoção de reagente):
. Se retirarmos , o sistema desloca-se à esquerda para compensar (produz mais ). - Exemplo 4 (remoção de produto):
. Se removermos , o sistema desloca-se à direita para produzir mais .
Resposta
Características do equilíbrio químico: sistema dinâmico com velocidades direta e inversa iguais; concentrações macroscópicas constantes; descrito por uma constante
(por exemplo
) que depende só da temperatura.
Adição de reagente: exemplo
. Ao aumentar
tem-se
e o sistema desloca-se para a direita (forma mais produto).
Adição de produto: exemplo
. Ao aumentar
tem-se
e o sistema desloca-se para a esquerda (forma mais reagentes).
Remoção de reagente: exemplo
. Ao remover
tem-se
e o sistema desloca-se para a esquerda (reconstitui reagentes).
Remoção de produto: exemplo
. Ao remover
tem-se
e o sistema desloca-se para a direita (forma mais produto).
Observação final:
não muda com alterações de concentração ou pressão (muda apenas com temperatura); Le Chatelier dá a direção do deslocamento, e para calcular a nova composição usa-se
junto com balanços estequiométricos.