- Como as seguıntes mudanças atetam o valor de
para uma reaçāo endotérmıca em fase gasosa: (a) aumento da pressão total pela adição de um gás nobre, (b) adição de um reagente, (c) aumento da temperatura, (d) aumento do volume, (e) diminuição da temperatura?
Passo 1
O enunciado pergunta como cada uma das mudanças listadas afeta o valor de
para uma reação endotérmica em fase gasosa. As mudanças são:
(a) aumento da pressão total pela adição de um gás nobre;
(b) adição de um reagente;
(c) aumento da temperatura;
(d) aumento do volume;
(e) diminuição da temperatura.
(a) aumento da pressão total pela adição de um gás nobre;
(b) adição de um reagente;
(c) aumento da temperatura;
(d) aumento do volume;
(e) diminuição da temperatura.
Informações importantes que o enunciado dá (explicitamente ou implicitamente):
- A reação é endotérmica, ou seja, a entalpia de reação padronizada satisfaz
. - A reação ocorre na fase gasosa.
- A pergunta pede o efeito sobre o valor de
(o constante de equilíbrio), não sobre a posição do equilíbrio (quantidades/pressões dos reagentes/produtos no equilíbrio).
Passo 2
Conceito central: o que é
e de que depende.
- A constante de equilíbrio
(pode ser ou , conforme definido) é uma função do estado termodinâmico do sistema que, na prática, depende somente da temperatura. Ou seja, para uma dada reação química e uma dada temperatura, tem um valor fixo. - Mudanças que não alterem a temperatura não alteram o valor de
; elas podem alterar a razão de concentrações/pressões instantânea (o quociente de reação ) e, portanto, deslocar a posição de equilíbrio, mas não mudam .
Explicando a diferença entre
e
(passo importante para a prova):
- O quociente de reação é
avaliado nas concentrações/pressões instantâneas.
- Se
o sistema tende a formar produtos; se tende a formar reagentes; se o sistema está em equilíbrio. - Muitas perturbações mudam
e, por consequência, deslocam o equilíbrio até que volte a igualar (se a temperatura não mudou).
Passo 3
Ferramenta quantitativa: dependência de
com temperatura (equação de van ’t Hoff).
- A relação diferencial que mostra como
varia com é
onde
é a entalpia padrão de reação,
é a constante dos gases e
a temperatura absoluta.
- Para uma reação endotérmica temos
. Assim o lado direito da equação é positivo, o que implica que aumenta com . Portanto, para reação endotérmica, aumenta quando a temperatura aumenta e diminui quando a temperatura diminui.
Passo 4
Análise da mudança (a): aumento da pressão total pela adição de um gás nobre.
- Importante notar duas situações experimentais comuns:
- Se a adição do gás nobre for feita a volume constante (adição em recipiente fechado sem permitir expansão), as pressões parciais dos reagentes e produtos não mudam porque os números de mol dos reagentes/produtos e o volume do recipiente permanecem os mesmos; aumenta somente a pressão total por causa do gás inerte. Logo,
não muda e o equilíbrio não se desloca. Em qualquer caso, como a temperatura não foi alterada, o valor de permanece o mesmo. - Se a adição do gás nobre for feita mantendo a pressão total constante (permitindo expansão do volume), as pressões parciais dos gases reativos mudam (diminuem), o que altera
e pode deslocar o equilíbrio para o lado com mais ou menos mols gasosos. Ainda assim, isto é uma mudança de condições (pressões parciais), não de temperatura, portanto o valor de continua o mesmo.
- Se a adição do gás nobre for feita a volume constante (adição em recipiente fechado sem permitir expansão), as pressões parciais dos reagentes e produtos não mudam porque os números de mol dos reagentes/produtos e o volume do recipiente permanecem os mesmos; aumenta somente a pressão total por causa do gás inerte. Logo,
- Conclusão para (a): a adição de gás nobre (a temperatura constante) não altera o valor de
.
Passo 5
Análise da mudança (b): adição de um reagente.
- Adicionar um reagente altera as concentrações/pressões instantâneas e, portanto, altera
. Pelo princípio de Le Châtelier, o equilíbrio se deslocará para consumir parte do reagente extra até que volte a valer . - Entretanto, como a temperatura não foi alterada, o valor de
permanece inalterado. O que muda é apenas a posição do equilíbrio (as concentrações/pressões no estado de equilíbrio), não a constante em si. - Conclusão para (b): não altera
.
Passo 6
Análise da mudança (c): aumento da temperatura.
- Aqui ocorre alteração de temperatura, que é a única variável que altera o valor de
. - Pela equação de van ’t Hoff e pelo fato de a reação ser endotérmica (
), tem-se que . Portanto, quando aumenta, aumenta e, consequentemente, aumenta. - Intuição de Le Châtelier: aquecer uma reação endotérmica equivale a “fornecer energia” ao lado dos reagentes; o equilíbrio favorece a formação de produtos para absorver esse calor, logo aumenta a constante que representa a preferência por produtos.
- Conclusão para (c):
aumenta.
Passo 7
Análise da mudança (d): aumento do volume.
- Aumentar o volume (a temperatura constante) reduz as pressões parciais dos gases; isso muda o quociente
e provoca um deslocamento do equilíbrio (pelo princípio de Le Châtelier) na direção que aumenta o número de mols gasosos para aumentar a pressão parcial novamente. - Contudo, se a temperatura não mudou, o valor de
permanece o mesmo — depende apenas de . - Conclusão para (d): não altera
.
Passo 8
Análise da mudança (e): diminuição da temperatura.
- Diminuição de
é mudança de temperatura, logo afeta . - Pela equação de van ’t Hoff com
, reduzir reduz e, portanto, reduz . - Intuição de Le Châtelier: resfriar uma reação endotérmica “retira energia”, então o equilíbrio favorece o lado que libera calor (os reagentes), diminuindo a constante associada à formação de produtos.
- Conclusão para (e):
diminui.
Resposta
(a)
não muda.
(b) não muda.
(c) aumenta.
(d) não muda.
(e) diminui.
(b)
(c)
(d)
(e)