Para o sistema
, discuta o que ocorre com o equilíbrio quando:
(c) duplica-se a quantidade de
presente e simultaneamente duplica-se o volume do recipiente onde ocorre a reação;
(c) duplica-se a quantidade de
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado dá e o que pede.
- Reação:
. - Informação adicional:
(reação exotérmica). - Perturbação: duplica-se a quantidade (número de mols) de
presente e, ao mesmo tempo, duplica-se o volume do recipiente. - O que se pede: discutir o que ocorre com o equilíbrio (em que direção o sistema se desloca e por quê).
Passo 2
Lembretes essenciais (fórmulas e conceitos que vou usar), explicados com calma.
- Quociente de reação em termos de concentrações (quando se usa concentração molar
):
Aqui cada colchete
significa concentração molar de
: número de mols dividido por volume,
.
-
Constante de equilíbrio
(igual a se usamos concentrações) tem valor fixo enquanto a temperatura for constante. Em outras palavras, se a temperatura não muda, não muda. -
Princípio de Le Chatelier (explicado de maneira simples): se o sistema em equilíbrio é perturbado (mudança de concentração, pressão, volume, temperatura), o equilíbrio se desloca numa direção que tende a reduzir o efeito da perturbação.
-
Relação útil do gás ideal para pressionar a ideia de concentração/pressão:
portanto concentrações molares
são proporcionais a
. Para razões relativas basta raciocinar com fatores multiplicativos.
Passo 3
Determinar como a perturbação altera as concentrações (ou pressões parciais) de cada espécie.
-
A perturbação é:
é duplicado (multiplica por ) e é duplicado (multiplica por ). Para e os nãos foi alterado (mantêm os mesmos mols), mas o volume dobrou. -
Concentração é
. Logo:
Ou seja, a concentração de
permanece numericamente igual à anterior.
- Para
e , não mudou e dobrou, então cada uma tem concentração reduzida pela metade:
- Observação: em termos de pressões parciais (usando
), o raciocínio é análogo: fica igual, e são reduzidos à metade.
Passo 4
Calcular como o quociente de reação
muda imediatamente após a perturbação (antes de o sistema se deslocar para novo equilíbrio).
Partimos do
. Substituímos as novas concentrações:
Se o sistema estava no equilíbrio antes da perturbação, então
. Assim:
Passo 5
Interpretar o resultado: direção do deslocamento e porque.
-
Como
e , a mistura, imediatamente após a alteração, tem excesso relativo de produtos (ou seja, a razão produto/reactante está maior do que a constante de equilíbrio). A regra prática é: - Se
, o equilíbrio se desloca para a esquerda (reação no sentido inverso), convertendo produtos em reagentes. - Se
, desloca-se para a direita.
- Se
-
Portanto, o sistema desloca-se para a esquerda: há consumo de
e produção de e até que as concentrações mudem de modo que o quociente volte a ser . -
Observação sobre
: isso só afeta se a temperatura mudar. Como aqui não foi mencionada mudança de temperatura, permanece constante e a explicação acima vale. (Se a temperatura aumentasse, por ser exotérmica a tendência seria também deslocar para a esquerda, mas isso é outra situação.)
Passo 6
Descrevendo qualitativamente o que se observa em termos das concentrações finais (após o novo equilíbrio ser atingido).
- Imediatamente após alterar:
permanece igual ao valor inicial, e são reduzidos à metade. - Para restabelecer o equilíbrio o sistema reage no sentido inverso: parte do
é consumida e parte de e é formada. - Assim, no novo equilíbrio espera-se, em relação ao estado imediatamente após a perturbação:
-
cairá (ou seja, ficará menor que a metade do valor original imediatamente após a expansão). -
aumentará (pois é formado) em relação ao valor imediato (que era metade), embora pode ficar acima ou abaixo do valor original dependendo do balanço estequiométrico; o importante qualitativo é que aumentará em relação ao valor justo após a expansão. -
aumentará além do valor que já estava (lembre que foi duplicado de mols inicialmente, e a reação inversa gera ainda mais ).
-
Passo 7
Resumo curto e motivação final (pra você levar para a prova).
- A constante
não muda porque a temperatura não foi alterada. - A perturbação deixou
maior que ( ), logo o sistema reage no sentido inverso (para a esquerda). - Em linguagem simples: duplicar apenas os mols de
e duplicar o volume não é equivalente a “não mudar nada” para o equilíbrio, porque e sofreram redução de concentração; o efeito combinado faz com que, imediatamente, haja excesso relativo de produtos e o equilíbrio corrija voltando para a esquerda.
Resposta
O equilíbrio desloca-se para a esquerda (sentido formação de
e
, consumo de
), pois após a perturbação
.