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Conteúdo principal

Quociente de reação (Q)

Definição do quociente de reação Q, e como ele é usado para prever a direção da reação

O que é Q?

O quociente de reação Q é uma medida das quantidades relativas de produtos e reagentes presentes em uma reação em um dado momento.
Em uma reação reversível textaA+textbBrightleftharpoonstextcC+textdD, na qual texta, textb, textc e textd são os coeficientes estequiométricos da reação balanceada, podemos calcular Q usando a seguinte equação:
Q=[C]c[D]d[A]a[B]b
Essa expressão pode parecer bastante familiar, pois Q é um conceito que se relaciona bastante com o da constante de equilíbrio K. Diferente de K, que é baseada nas concentrações no equilíbrio, Q pode ser calculada estando ou não no equilíbrio.
A magnitude de Q nos diz o que há no recipiente onde a reação está ocorrendo. O que isso significa exatamente? Vamos começar pensando nos extremos. Em uma reação na qual só temos matérias-primas, as concentrações de produtos são [textC]=[textD]=0. Como nosso numerador é zero, então Q=0. Em uma reação na qual só temos produtos, temos [textA]=[textB]=0 no denominador da equação, de maneira que Q é infinitamente grande. Na maioria das vezes, vamos ter uma mistura de reagentes e produtos, mas é bom se lembrar de que valores muito pequenos de Q indicam que há mais reagentes, e que valores muito altos de Q resultam em um número maior de produtos, no recipiente da reação.
Comparar Q e K de uma determinada reação nos diz em qual direção a reação precisa seguir para atingir o equilíbrio. Você pode pensar nisso como uma outra maneira de usar o princípio de Le Chatelier.

O uso do Q para prever o sentido da reação

A partir do princípio de Le Châtelier, nós sabemos que quando uma perturbação capaz de deslocar o equilíbrio de uma reação é aplicada, esta tentará se ajustar para voltar para o equilíbrio. Comparando Q e K, nós podemos ver como a nossa reação está se ajustando — ela está tentando gerar mais produto, ou está consumindo mais produto para gerar mais reagente? Ou ainda, ela já está em equilíbrio?
Há três possíveis cenários a se considerar:
1. Q>K
Vamos pensar novamente na expressão de Q acima. Nós temos as concentrações dos produtos, ou suas pressões parciais, no numerador e as concentrações dos reagentes, ou suas pressões parciais, no denominador. No caso Q>K, isso sugere que nós temos mais produto presente do que teríamos no equilíbrio. Portanto, a reação irá tentar usar parte do excesso de produto e favorecerá a reação inversa para atingir o equilíbrio.
2. Q<K
Nesse caso, a razão de produtos para reagentes é menor do que se o sistema estivesse em equilíbrio. Em outras palavras, a concentração dos reagentes é maior do que durante o equilíbrio; você pode também pensar nisso usando os produtos, que estariam com uma concentração baixa demais. Para atingir o equilíbrio, a reação irá favorecer a reação direta e tentará usar um pouco do excesso de reagentes para formar mais produtos.
3. Q=K
Uhul! A reação já está em equilíbrio! As concentrações não mudarão, uma vez que as taxas das reações direta e inversa são iguais.

Visualizando Q

Sabemos que Q pode ter diversos valores a partir de zero (quando são todos reagentes) até números infinitamente grandes (quando são todos produtos). Também sabemos que a reação vai ajustar as concentrações para alcançar o equilíbrio; isso se ela já não estiver em equilíbrio. Uma outra maneira de se pensar sobre isso é traçando uma reta numérica com todos os valores possíveis de Q:
Para simplificar as coisas, a reta pode ser dividida em três regiões. Para valores muito pequenos de Q, menores do que ~103, a reação contém mais reagentes. Para valores intermediários de Q, entre ~103 e 103, nós temos quantidades significativas tanto de produtos como de reagentes no recipiente onde a reação está ocorrendo. Por fim, quando o valor de Q é alto, maior do que ~103, a reação contém mais produtos.
Se plotarmos os valores de Q e de K na reta numérica, o sentido no qual nos movemos para irmos de Q a K nos diz de que forma a reação está tentando se ajustar. Se estivermos nos movendo para a direita, estaremos alterando as concentrações para formar mais produtos e, portanto, favorecendo a reação direta. Se estivermos nos movendo para a esquerda em direção a zero, estaremos indo na direção que produz mais reagentes e, portanto, favorecendo a reação inversa.

Exemplo

Dadas as concentrações a seguir, qual é o valor de Q?
E, se K=1,0, qual lado da reação será favorecido por esse valor de Q?
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
[CO(g)]=[H2O(g)]=1,0M
[CO2(g)]=[H2(g)]=15M
Podemos calcular Q escrevendo a equação que usa a reação balanceada e, em seguida, substituindo os valores pelas concentrações dadas.
Q=[CO2(g)][H2(g)][CO(g)][H2O(g)]=(15M)(15M)(1,0M)(1,0M)=225
Se compararmos Q a K, veremos que Q>K. Isso significa que, quando comparado ao estado de equilíbrio, há produto em excesso, e, portanto, a reação inversa será favorecida.
Se traçarmos a reta numérica com os valores de Q e K, obteremos algo assim:
Podemos ver que Q está perto da região na qual temos mais produtos do que reagentes, que é a região à direita de K. Como a reação se ajustará para se aproximar de K, podemos desenhar uma seta na direção desse deslocamento. Essa seta começará em Q e apontará em direção a K, apontando também para a região na qual há mais reagentes do que produtos. Isso nos diz que a nossa reação favorecerá a reação inversa para produzir mais reagentes e consumir o excesso de produtos.
Como você pode ver, ambos os métodos fornecem a mesma resposta, então você pode decidir qual funciona melhor para você!

Resumo

Podemos comparar o quociente de reação Q à constante de equilíbrio K para prever o que uma reação vai fazer para atingir o equilíbrio. Além disso, você pode ver Q aparecendo em outros tópicos e equações de química, pois estamos frequentemente interessados em descobrir o que acontece com algumas grandezas termodinâmicas quando não estamos em equilíbrio. Continue ligado para saber mais!

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  • Avatar male robot hal style do usuário Sandro oliveira
    Na reação de exemplo não há diferença no cálculo de Q e K....ou seja...os valores são iguais, ou seja Q=K...como afirmar então que Q>K?
    (2 votos)
    Avatar Default Khan Academy avatar do usuário
    • Avatar leaf green style do usuário William Natsu
      Olá! o valor de Kc (constante de equilíbrio) é medida sempre que estiver certeza da equação estar em equilíbrio, isto é, a alteração da quantidade produtos e reagentes quase inalterável. Quando calculamos Q, entendemos que se trata de uma equação que possivelmente ainda não está em equilíbrio. Dessa forma determinamos, quando Q = Kc, equação em equilíbrio; quando Q > Kc, a equação irá tender a formar reagentes; e, quando Q < Kc, a equação irá tender a formar produtos. Em suma, quando a equação, devidamente balanceada, estiver Q>K, haverá maior favorecimento à formação de reagentes.
      (1 voto)
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