(Unicentro 2016)
Um balão de vidro fechado contém iodeto de hidrogênio, HI(g), em equilíbrio químico com hidrogênio, H2(g), e com iodo, I2(g), em determinada temperatura, de acordo com o sistema representado pela equação química
Uma análise dessas informações permite afirmar:
Antes de começarmos 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
Agora considere a reação genérica a seguir
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.
Vejamos como cada um deles afeta o sistema.
CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES OU PRODUTOS
Se a concentração dos reagentes ou produtos sofrer variação o equilíbrio será afetado.
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
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
Uma curiosidade sobre a temperatura, ela é o único fator que pode alterar o valor de kc ou kp.
O ΔH ao lado da 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)
PRESSÃO
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.
Agora vamos avaliar as alternativas.
a) A variação da pressão total do sistema não interfere no equilíbrio químico representado. ✔
No lado esquerdo nós temos 2 mols de gás
e no lado dos produtos também temos 2 mols de gás (para as substâncias que não tem coeficiente estequiométrico nós consideramos 1 mol de cada)
volumes iguais, alterar a pressão do sistema não afeta o equilíbrio.
b) O valor numérico de kp aumenta com o aumento da temperatura do sistema em equilíbrio. ✘
Agora nós temos que entender o que é kp, mas antes temos que entender o que kc, vamos lá.
Como vimos o cloreto de prata em meio aquoso forma os cátions e ânions Ag+ e Cl- digamos que em uma velocidade vd
e parte dos íons se combinam novamente restituindo o AgCl (a uma velocidade vi)
quando as velocidades se igualam (vd = vi) a reação atingiu o equilíbrio e para representá-lo existem as constantes de equilíbrio.
Existem muitas mas as que nos interessam agora são kp e kc.
Elas representam a concentração dos produtos dividida pela concentração dos reagentes \( \bbox[5px, border: 2px solid #d220fa]{ k_c\;=\;\large{ {[produtos]} \over {[reagentes]} } }\)
Exemplo, considere a reação genérica
a A(s) +b B(aq) +c C(g) ⇄ d D(aq) + e E(g) +H2O(l)
o kc dessa reação seria \( \bbox[5px, border: 2px solid #d220fa]{ k_c\;=\;\large{ {[D]^d.[E]^e.[H_2O]} \over {[A]^a.[B]^b.[C]^c} } }\)
Porém substâncias sólidas e líquidos puros não entram no cálculo, por isso o kc correto é \( \bbox[5px, border: 2px solid #d220fa]{ k_c\;=\;\large{ {[D]^d.[E]^e} \over {[B]^b.[C]^c} } }\)
[D]: concentração de D, em mol/L
d: coeficiente do D
[E]: concentração de E, em mol/L
e: coeficiente do E
[B]: concentração de B, em mol/L
b: coeficiente do B
[C]: concentração de C, em mol/L
c: coeficiente do C
Quanto mais alta a concentração dos produtos maior será o kc
kc alto quer dizer que temos uma grande quantidade de produtos, uma reação de alto rendimento.
O kp é semelhante ao kc mas ela é específica para gases.
Nós vimos anteriormente que \( k_c\;=\;\large{ {[D]^d.[E]^e} \over {[B]^b.[C]^c} }\), mas sabendo que a concentração de mols de um gás está relacionada com a pressão que ele exerce nós podemos substituir as concentrações em mol/L pelas pressões parciais \( k_c\;=\;\large{ {P_D^d.P_E^e} \over {P_B^b.P_C^c} }\), porém como estamos tratando de pressão apenas os gases nos interessam
\( k_c\;=\;\large{ {P_E^e} \over {P_C^c} }\)
a essa constante nos damos um nome especial, ela é a constante dos gases ou kp \( \bbox[5px, border: 2px solid #d220fa]{ k_p\;=\;\large{ {P_E^e} \over {P_C^c} } }\)
PE: pressão exercida pelo gás E
PC: pressão exercida pelo gás C
Vamos juntar as peças.
Nós vimos que a reação direta é exotérmica e a inversa é endo
aumentar a temperatura irá favorecer a formação dos reagentes
aumentando a pressão dos mesmos
o que provoca uma diminuição do kp
c) O valor numérico da constante de equilíbrio kp é diferente do valor numérico da constante de equilíbrio kc. ✘
d) A diminuição da temperatura do sistema provoca a diminuição da pressão parcial de hidrogênio e de iodo. ✘
Diminuir a temperatura desloca o equilíbrio no sentido dos produtos
ou seja, tende a formar mais hidrogênio e iodo.
Com mais H e I maior as pressões desses gases.
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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