Antes de começar, convém dominares: Os gases ideais (1ª série do Ensino Médio)
Abra uma garrafa de refrigerante: surge uma chuva de bolhas. Com a garrafa fechada, porém, a pressão não muda e nada parece acontecer. Mesmo assim, moléculas de $\mathrm{CO_2}$ saem do líquido o tempo todo, e outras voltam a se dissolver. O que fica constante não é a atividade, e sim o saldo entre dois processos opostos. Neste apartado você vai ver como descrever esse estado com números.
Equilíbrio dinâmico
Quando se aquecem vapor de iodo e hidrogênio em um balão selado a $450\ ^\circ\mathrm{C}$, a cor violeta vai ficando mais fraca e depois para de mudar. Ela nunca desaparece, embora ainda haja iodo disponível. Por que a transformação aparente para antes de os reagentes acabarem?
O gráfico de concentração × tempo mostra o mesmo fato por outro ângulo: as concentrações dos reagentes diminuem, as dos produtos aumentam e, ao atingir o equilíbrio, as duas curvas ficam horizontais.
Antes do equilíbrio, só há reagentes: $v_d$ é alta e $v_i$ é quase nula. Conforme os produtos se formam, $v_i$ cresce e $v_d$ diminui, até que as duas se igualam. Por isso a reação "parece parar" sem que os reagentes tenham acabado.
Pratica★☆☆Por começar
Em um reator fechado introduz-se carbonato de cálcio sólido, estabelecendo-se a $1073\text{ K}$ o equilíbrio heterogêneo:…
Em um reator fechado introduz-se carbonato de cálcio sólido, estabelecendo-se a $1073\text{ K}$ o equilíbrio heterogêneo: $\mathrm{CaCO_3(s) \rightleftharpoons CaO(s) + CO_2(g)}$.
a) Escreva as expressões das constantes de equilíbrio $K_c$ e $K_p$ para esta reação, justificando de forma fundamentada por que as espécies sólidas puras não são incluídas.
b) Explique o significado físico de «equilíbrio dinâmico» em contraposição a um equilíbrio estático, indicando se, ao atingir esse estado, a decomposição do $\mathrm{CaCO_3(s)}$ se interrompe. Suponha que as duas fases sólidas puras permaneçam presentes.
Para gases, também se usa $K_p$, escrita com as pressões parciais em atm. As duas se relacionam por
$$K_p = K_c\,(RT)^{\Delta n}$$
em que $\Delta n$ é a soma dos coeficientes dos gases nos produtos menos a soma nos reagentes, $R = 0{,}082\ \text{atm·L·mol}^{-1}\text{·K}^{-1}$ e $T$ em kelvin. Isso vem de $p = \dfrac{n}{V}RT = [\mathrm{X}]\,RT$, em que $[\mathrm{X}]$ é a concentração em mol/L: cada pressão parcial é a concentração multiplicada por $RT$.
Pratica★☆☆Por começar
Para a síntese da amônia segundo a equação $\mathrm{N_2(g) + 3\,H_2(g) \rightleftharpoons 2\,NH_3(g)}$, o valor da constante de equilíbrio $K_{c,1}$ a $673\text{ K}$ é…
Para a síntese da amônia segundo a equação $\mathrm{N_2(g) + 3\,H_2(g) \rightleftharpoons 2\,NH_3(g)}$, o valor da constante de equilíbrio $K_{c,1}$ a $673\text{ K}$ é igual a $0{,}50$.
a) Determine o valor da constante de equilíbrio $K_{c,2}$ a essa mesma temperatura para a reação inversa: $2\,\mathrm{NH_3(g) \rightleftharpoons N_2(g) + 3\,H_2(g)}$.
b) Calcule o valor da constante $K_{c,3}$ a $673\text{ K}$ correspondente à decomposição de um mol de amônia: $\mathrm{NH_3(g) \rightleftharpoons \frac{1}{2}\,N_2(g) + \frac{3}{2}\,H_2(g)}$. Nos cálculos, utilize o modelo ideal e os valores didáticos fornecidos.
A uma temperatura de $500\text{ K}$, a constante de equilíbrio para a síntese de trióxido de enxofre segundo a equação…
A uma temperatura de $500\text{ K}$, a constante de equilíbrio para a síntese de trióxido de enxofre segundo a equação $\mathrm{2\,SO_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2\,SO_3(g)}$ vale $K_c = 400$.
Dado: constante dos gases $R = 0{,}082\text{ atm}\cdot\text{L}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$.
a) Deduza a relação matemática geral entre $K_p$ e $K_c$ para uma mistura de gases ideais e calcule o valor numérico de $K_p$ para esta reação a $500\text{ K}$.
b) Se, em um balão fechado a essa temperatura, as pressões parciais no equilíbrio são $p_{\mathrm{SO_2}} = 0{,}10\text{ atm}$ e $p_{\mathrm{O_2}} = 0{,}20\text{ atm}$, calcule a pressão parcial de $\mathrm{SO_3}$ no equilíbrio e a pressão total da mistura. Nos cálculos, utilize o modelo ideal e os valores didáticos fornecidos.
O quociente de reação Q: para onde o sistema evolui?
Você coloca quantidades quaisquer de reagentes e produtos em um balão fechado, a temperatura constante. O sistema começa a reagir, mas em que sentido? Como saber de antemão se os reagentes serão consumidos ou os produtos se decomporão?
Pratica★☆☆Por começar
Em um balão fechado de $2{,}00\text{ L}$ de capacidade, a uma temperatura fixa de $700\text{ K}$, introduz-se uma mistura gasosa composta por $0{,}40\text{ mol}$ de…
Em um balão fechado de $2{,}00\text{ L}$ de capacidade, a uma temperatura fixa de $700\text{ K}$, introduz-se uma mistura gasosa composta por $0{,}40\text{ mol}$ de $\mathrm{H_2(g)}$, $0{,}20\text{ mol}$ de $\mathrm{I_2(g)}$ e $0{,}80\text{ mol}$ de $\mathrm{HI(g)}$. A constante de equilíbrio a essa temperatura para o processo $\mathrm{H_2(g) + I_2(g) \rightleftharpoons 2\,HI(g)}$ é $K_c = 54{,}0$.
a) Calcule o quociente de reação inicial $Q_c$.
b) Deduza, com justificativa, se o sistema se encontra em equilíbrio e, em caso negativo, em que sentido evoluirá espontaneamente para atingi-lo. Nos cálculos, utilize o modelo ideal e os valores didáticos fornecidos.
Você mistura 1 mol de reagentes em um recipiente fechado. Como a reação é reversível, nem tudo é consumido, e o reagente limitante da estequiometria comum não dá as quantidades finais. Como organizar os dados para descobrir a composição no equilíbrio?
Pratica★★☆Por começar
Em um balão de $5{,}00\text{ L}$ previamente evacuado misturam-se $1{,}50\text{ mol}$ de monóxido de carbono, $\mathrm{CO(g)}$, e $1{,}50\text{ mol}$ de vapor de água,…
Em um balão de $5{,}00\text{ L}$ previamente evacuado misturam-se $1{,}50\text{ mol}$ de monóxido de carbono, $\mathrm{CO(g)}$, e $1{,}50\text{ mol}$ de vapor de água, $\mathrm{H_2O(g)}$, a uma temperatura constante de $900\text{ K}$, ocorrendo a reação:
a) Construa uma tabela com as quantidades de substância iniciais, a variação experimentada e as quantidades no equilíbrio expressas em mols.
b) Determine a concentração molar de cada uma das espécies no equilíbrio e calcule a fração molar de dióxido de carbono na fase gasosa. Nos cálculos, utilize o modelo ideal e os valores didáticos fornecidos.
Você pode fazê-lo no papel e enviar uma foto com sua resposta.
Partindo de $n_0$ mols de $\mathrm{N_2O_4}$ à pressão total $P_t$, no equilíbrio há $n_0(1-\alpha)$ de $\mathrm{N_2O_4}$ e $2n_0\alpha$ de $\mathrm{NO_2}$, com $n_{\text{total}} = n_0(1+\alpha)$. Usando as frações em mols para obter as pressões parciais:
$$K_p = \frac{4\alpha^2}{1-\alpha^2}\,P_t$$
Dado $K_p$, isso leva a uma equação do 2º grau em $\alpha$.
Voltando à garrafa de refrigerante: com a tampa fechada, o $\mathrm{CO_2}$ que escapa do líquido e o que se dissolve de volta têm a mesma velocidade. Esse é o equilíbrio dinâmico.
Resumo
Vamos praticar! 2 exercícios de nível médio neste tema