Para o sistema
, discuta o que ocorre com o equilíbrio quando:
(d) aumenta-se a pressão mantendo-se volume constante pela introdução de gás inerte.
(d) aumenta-se a pressão mantendo-se volume constante pela introdução de gás inerte.
Passo 1
O enunciado nos dá a reação e algumas informações:
- Reação:
. - A entalpia do processo é negativa:
(reação exotérmica).
A pergunta (d) é: o que ocorre com o equilíbrio quando se aumenta a pressão mantendo o volume constante pela introdução de um gás inerte?
Informações relevantes a listar (assumidas padrão neste tipo de problema):
- O sistema está a temperatura constante (isotérmico) quando o gás inerte é introduzido — caso contrário
mudaria por variação de temperatura. - A introdução de gás inerte aumenta a pressão total do sistema, mas não altera a quantidade de moles dos reagentes e produtos já presentes (não há reação química com o inerte).
Passo 2
Entender o que é o equilíbrio em termos de pressões parciais e
.
- Definição prática: para gases ideais, a constante de equilíbrio em termos de pressões parciais é dada por razão entre pressões parciais dos produtos e reagentes elevadas aos seus coeficientes estequiométricos. Para a reação dada:
- Aqui,
é a pressão parcial do componente . A pressão parcial é a pressão que o gás exerceria sozinho no volume do recipiente à mesma temperatura. - Importante:
depende somente da temperatura. Se a temperatura não muda, não muda.
Passo 3
Relacionar pressões parciais com números de mols e volume (leis dos gases ideais).
- Para um gás ideal, a pressão parcial de cada componente é
onde
é o número de mols do componente
,
é a constante dos gases,
é a temperatura e
é o volume do recipiente.
- Ao introduzir um gás inerte no mesmo volume
e à mesma temperatura , os números de mols , e não são alterados imediatamente pela adição (o inerte não reage). Logo, para cada componente temos ainda
Isto mostra que, apesar da pressão total aumentar, as pressões parciais dos gases reativos permanecem iguais ao valor anterior.
- Alternativa com fração molar (para ver intuição): após adicionar
, a pressão total aumenta para e a fração molar de reduz; mas o produto volta a dar . Portanto é inalterada.
Passo 4
Consequência para o quociente de reação e posição do equilíbrio.
- O quociente de reação em pressões é
- Como vimos, as pressões parciais
não mudam pela adição do gás inerte a volume constante, portanto também não muda. - A constante
permanece a mesma porque a temperatura é a mesma. - Como
não foi perturbado e não mudou, não há força que desloque o equilíbrio: a composição em equilíbrio NÃO se altera. - Comentário comparativo (útil para prova): se em vez de adicionar gás inerte a volume constante o sistema fosse comprimido (diminuir
), aí as pressões parciais aumentariam e o equilíbrio tenderia a deslocar-se para o lado com menor número de mols gasosos (neste caso, para a direita, porque ). Mas esse é outro cenário — aqui não ocorre.
Passo 5
Efeito sobre outras grandezas e observações finais.
- A pressão total do sistema aumenta pela adição do gás inerte, mas as concentrações molares (
) e as pressões parciais dos reagentes/produto permanecem iguais. - Portanto as velocidades de reação, determinadas pelas concentrações/parciais dos reagentes, também não mudam imediatamente por causa do inerte (podem mudar apenas por efeitos cinéticos secundários muito específicos, mas em termos de equilíbrio químico ideal não há alteração).
- A informação de
(exotérmica) não entra em jogo aqui porque a temperatura foi mantida constante; alteração de temperatura mudaria e aí sim afetaria o equilíbrio.
Resposta
A adição de gás inerte a volume constante aumenta a pressão total, mas não altera as pressões parciais dos gases reagentes; portanto
e
permanecem inalterados e o equilíbrio não se desloca (a composição em equilíbrio não muda).