(Ufrn 2008)
Uma das principais descobertas que impulsionou a produção de alimentos foi o processo industrial de Haber-Bosch da produção de amônia, que ocorreu há cerca de 100 anos, de acordo com a reação (1):
O gráfico abaixo representa a modificação que acontece nas concentrações dos reagentes e produto, após uma perturbação do equilíbrio no tempo t1
De acordo com o gráfico, essa perturbação poderia ser causada por
Primeiro nós temos que entender o que é o equilíbrio químico.
Considere o cloreto de prata, em meio aquoso o cloreto de prata forma os cátions e ânions Ag+ e Cl- digamos que em uma velocidade vd
porém parte dos íons se combinam novamente restituindo o AgCl (a uma velocidade vi)
o equilíbrio químico é atingido quando a velocidade da reação inversa é igual a velocidade da reação direta vd = vi
alguns fatores afetam o equilíbrio são eles
Concentração dos reagentes ou produtos
Temperatura
Pressão
A reação irá se deslocar no sentido de anular ou atenuar a perturbação e entrar em equilíbrio novamente, essa lei foi enunciada pelo cientista francês Henry Louis Le Chatelier e ficou conhecida como princípio de Le Chatelier.
Quando se provoca uma perturbação em um sistema em equilíbrio, este se desloca no sentido que tende a anular essa perturbação, procurando se ajustar a um novo equilíbrio.
Agora vamos analisar as alternativas.
a) aumento da pressão total ✘
Em reações com presença de gás o aumento na pressão desloca o equilíbrio no sentido de menor volume, enquanto que a diminuição desloca o equilíbrio no sentido de maior volume, vamos exemplificar, considere a reação
no lado esquerdo temos 4 mols de gás, no lado direito temos apenas 2
o volume dos reagentes é maior que dos produtos, sendo assim um aumento na pressão desloca o equilíbrio no sentido dos produtos (menor volume)
diminuindo-a o equilíbrio será deslocado no sentido dos reagentes (maior volume)
E se os volumes nos reagentes e produtos forem iguais? Neste caso a mudança de pressão não desloca o equilíbrio para nenhum dos lados.
No lado esquerdo nós temos 4 mols de gás (para as substâncias que não tem coeficiente estequiométrico nós consideramos 1 mol de cada)
e no lado dos produtos são 2 mols de gás
se aumentassemos a pressão deslocaríamos o equilíbrio para direita
aumentando a concentração de NH3, o que está condizente com o gráfico que mostra que a quantidade de amônia cresceu
mas há um detalhe que inválida esta alternativa, nós veremos daqui a pouco o porque.
b) adição de NH3(g)✘
O segundo fator que desloca o equilíbrio é a concentração dos reagentes ou produtos.
Se diminuirmos a quantidade de um ou mais reagente o equilíbrio desloca-se no mesmo sentido (sentido dos reagentes, o sistema aumenta a produção dos reagentes na tentativa de voltar ao estado anterior, repor o que foi removido)
o mesmo vale para os produtos
Porém se aumentarmos a quantidade/concentração de um deles deslocamos o equilíbrio no sentido contrário, isto é se aumentarmos os reagentes (ou parte deles) deslocamos o equilíbrio no sentido dos produtos
e se aumentarmos os produtos deslocamos o equilíbrio no sentido dos reagentes1
Então se adicionarmos NH3(g) deslocamos o equilíbrio para os reagentes
reduzindo a concentração de amônia, o que contradiz o gráfico
c) aumento da temperatura ✘
O segundo fator que desloca o equilíbrio é a temperatura.
Uma reação em equilíbrio sempre tem 2 direções a direta (para direita) e a inversa (para esquerda)
e para uma reação acontecer ela libera (exotérmica) ou absorve calor (endotérmica), se a reação direta for exo, a inversa será endotérmica e se a reação direta for endo, a inversa será exotérmica
Se aumentarmos a temperatura estaremos favorecendo a reação endotérmica, então por exemplo na primeira situação estaremos deslocando o equilíbrio para a esquerda
e obviamente se diminuirmos a temperatura favoreceremos a reação exotérmica
O ΔH reação indica a energia liberada ou absorvida pela reação direita, se ele for negativo significa que ela liberou energia (reação exotérmica), se for positivo significa que ela absorveu energia (reação endotérmica)
então se elevarmos a temperatura deslocamos o equilíbrio para os reagentes
diminuindo a quantidade de amônia.
d) adição de H2(g)✔
Se adicionarmos H2(g) inicialmente a concentração do gás aumenta
porém o equilíbrio será deslocado para os produtos
o que acarreta uma redução da concentração do gás hidrogênio e aumento da amônia
este é o detalhe que inválida a alternativa a, o leve aumento da concentração do H2(g).
Gabarito letra a.
1: os reagentes e produtos aos quais nos referimos aqui são aqueles que afetam o equilíbrio, por exemplo, aquosos e gasosos, sólidos e líquidos puros não entram.
Deslocar o equilíbrio em um sentido pode significar consumir mais os reagentes/produtos ou produzir mais reagentes/produtos, exemplo, deslocar o equilíbrio para a direita (sentido dos produtos) significa produzir mais produtos ou consumir mais reagentes e deslocar o equilíbrio para a esquerda (sentido dos reagentes) significa produzir mais reagentes ou consumir mais produtos.
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