Conteúdo principal
Curso: Biblioteca de Química > Unidade 12
Lição 2: Fatores que afetam o equilíbrio químicoQuociente 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 é uma medida das quantidades relativas de produtos e reagentes presentes em uma reação em um dado momento.
Em uma reação reversível , na qual , , e são os coeficientes estequiométricos da reação balanceada, podemos calcular usando a seguinte equação:
Essa expressão pode parecer bastante familiar, pois é um conceito que se relaciona bastante com o da constante de equilíbrio . Diferente de , que é baseada nas concentrações no equilíbrio, pode ser calculada estando ou não no equilíbrio.
A magnitude de 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 . Como nosso numerador é zero, então . Em uma reação na qual só temos produtos, temos no denominador da equação, de maneira que 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 indicam que há mais reagentes, e que valores muito altos de resultam em um número maior de produtos, no recipiente da reação.
Comparar e 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 e , 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:
Vamos pensar novamente na expressão de 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 , 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.
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.
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 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 :
Para simplificar as coisas, a reta pode ser dividida em três regiões. Para valores muito pequenos de , menores do que ~ , a reação contém mais reagentes. Para valores intermediários de , entre ~ e , nós temos quantidades significativas tanto de produtos como de reagentes no recipiente onde a reação está ocorrendo. Por fim, quando o valor de é alto, maior do que ~ , a reação contém mais produtos.
Se plotarmos os valores de e de na reta numérica, o sentido no qual nos movemos para irmos de a 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 ?
E, se , qual lado da reação será favorecido por esse valor de ?
E, se
Podemos calcular escrevendo a equação que usa a reação balanceada e, em seguida, substituindo os valores pelas concentrações dadas.
Se compararmos a , veremos que . 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 e , obteremos algo assim:
Podemos ver que está perto da região na qual temos mais produtos do que reagentes, que é a região à direita de . Como a reação se ajustará para se aproximar de , podemos desenhar uma seta na direção desse deslocamento. Essa seta começará em e apontará em direção a , 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 à constante de equilíbrio para prever o que uma reação vai fazer para atingir o equilíbrio. Além disso, você pode ver 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!
Quer participar da conversa?
- 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)
- 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)