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Transcrição de vídeo

RKA2G Neste vídeo, nós veremos um exemplo de reação que utiliza o princípio de Le Chatelier. O que vamos fazer é aplicar o princípio de Le Chatelier e olhar as várias alterações que perturbam a nossa reação em equilíbrio. Vamos revisar: o que significa quando eu digo que a reação está em equilíbrio? Isso significa que nós temos uma reação reversível. Nós temos uma reação direta, que tem uma taxa de desenvolvimento que vamos chamar de "K" direto. Nós também temos uma reação inversa, que também tem uma taxa de desenvolvimento, que vamos chamar de "K" inverso. Em um equilíbrio dinâmico, essas taxas são iguais e, por isso, todas as concentrações se mantêm constantes. O que vamos fazer é ver o que acontece quando decidimos adicionar um pouco de gás carbônico. Se adicionarmos gás carbônico, a concentração desse gás vai aumentar. Você pode pensar nisso como um aumento da pressão parcial do gás carbônico. O princípio de Le Chatelier nos diz que, se tivéssemos uma reação em equilíbrio e nós a perturbássemos adicionando mais CO₂, aconteceria um deslocamento desse equilíbrio para tentar reduzir o efeito dessa mudança. Então, esse deslocamento iria favorecer a reação inversa. Se adicionarmos mais dióxido de carbono, o que acontece é que favoreceremos os reagentes. Outra maneira de ver isso é olhando para a constante de equilíbrio dessa reação. Podemos escrever essa constante de duas maneiras. Podemos escrever isso em termos de concentração molar ou da pressão parcial. Se escrevermos em termos da concentração molar, ou seja, Kc, a expressão será a concentração do produto. Neste caso, será a concentração do gás carbônico. Quando nós escrevemos em termos de concentração, nos interessa a concentração dos gases das soluções, mas não incluímos sólidos. Portanto, para este exemplo, Kc é apenas a concentração de CO₂, em um estado de equilíbrio: "eq". Vamos colocar aqui. "eq" significa que é concentração em um estado de equilíbrio. Eu disse que você também pode escrever em termos de pressão parcial, por isso estamos colocando desta maneira também: Kp. Isso significa que, em vez de concentrações, estamos considerando os gases em termos de pressão parcial. Temos apenas a pressão parcial do CO₂ porque todo o resto está no estado sólido. Portanto, nós não vamos incluí-los na nossa expressão de equilíbrio. Escrever as expressões desta forma vai nos auxiliar a entender o que eu quero mostrar no restante do vídeo. Vamos pensar sobre o que acontece quando nós aumentamos o volume. Podemos reescrever a pressão parcial em termos de volume. Por isso, se você usar a lei dos gases ideais, a pressão parcial de CO₂ vai ser igual ao número de mols de CO₂ vezes RT, dividido pelo volume. Da mesma forma, podemos reescrever concentração molar em termos de mol dividido pelo volume. Se aumentamos o volume do nosso recipiente, e uma vez que o volume está no denominador, isso fará com que a pressão diminua. Por isso, a pressão parcial de CO₂ vai cair e não vamos mais estar em equilíbrio. E o mesmo ocorre com a concentração, uma vez que a perturbação está diminuindo a concentração de dióxido de carbono. O princípio de Le Chatelier diz que a reação vai tentar compensar essa mudança, vai tentar voltar ao equilíbrio, fazer com que a concentração de CO₂ volte ao normal. E, por isso, vai favorecer os produtos. A reação vai favorecer os produtos e tentar obter um aumento nos mols de CO₂, para que possamos voltar à concentração de equilíbrio de CO₂ e à pressão parcial de equilíbrio. A terceira mudança que vamos olhar é o que acontece quando você adiciona gás argônio. O gás argônio é um gás inerte. Nós não esperamos que ele reaja com as demais substâncias. Uma coisa que vai acontecer quando você adicionar o gás argônio é que ele vai aumentar a quantidade de gás no recipiente e, por isso, vai aumentar a pressão total do sistema. Mas isso não diz nada em relação a como ele afeta o equilíbrio. Por isso, vamos voltar e olhar as expressões de equilíbrio: Kc e Kp. Podemos ver que a pressão parcial Kp só depende do número de mols de CO₂ e do volume. E, uma vez que não alteramos o número de mols e também não alteramos o volume do recipiente, mesmo que a pressão total tenha aumentado, a pressão parcial do CO₂ permaneceu a mesma. Isso significa que nós não perturbamos o equilíbrio da reação. Uma vez que não perturbamos o equilíbrio, também não teremos deslocamentos. Nós ainda estaríamos em equilíbrio e as concentrações ainda permaneceriam as mesmas. E o que acontece quando nós adicionamos mais carbonato de cálcio? Bem, este é o nosso reagente. Ele é um sólido. Todas as expressões e equilíbrio são determinadas pela concentração de gases ou líquidos. Neste caso em particular, pela concentração de CO₂. Portanto, a adição de mais carbonato de cálcio, que é um sólido, não vai perturbar a reação em equilíbrio. A reação ainda vai estar em equilíbrio e nós não teremos nenhum deslocamento. Ainda quero olhar mais uma coisa com vocês. Nós vamos pensar sobre o que acontece quando adicionamos um catalisador. Vamos imaginar o que acontece quando adicionamos um catalisador. Para isso, podemos utilizar um diagrama de energia. Neste diagrama de energia, temos o eixo "y" representando a energia e o eixo "x" representando o desenvolvimento da reação. Nos interessa olhar a diferença de energia entre os reagentes e os produtos. Da maneira que representamos aqui, podemos ver que o produto tem menos energia que o reagente. E a taxa de desenvolvimento da reação direta é determinada pelo tamanho da barreira de ativação entre o reagente e o estado de transição. Já a taxa de desenvolvimento inversa é determinada pelo tamanho da barreira de energia entre o produto e o estado de transição. Quando adicionamos um catalisador para a nossa reação, podemos pensar nisso como uma forma de reduzir a energia de ativação da reação. Isso significa que teremos uma barreira de energia menor para a reação direta e, por isso, a nossa reação direta vai ser mais rápida. Também temos uma redução da barreira de energia da reação inversa e, por isso, a reação inversa também será mais rápida. Mesmo acelerando a reação direta e a reação inversa, a adição de um catalisador também não vai perturbar o equilíbrio da reação, já que a adição de um catalisador não resultará na mudança de concentração de substâncias. Resumindo, acho que a coisa mais importante ao se lembrar de todas as coisas que eu falei neste vídeo é que devemos prestar atenção se o que estamos adicionando altera a concentração ou a pressão parcial. Por exemplo, quando adicionamos um gás inerte, como o argônio, a pressão total do sistema aumentou, mas as pressões parciais não mudaram e, por isso, o equilíbrio não foi deslocado. A mesma coisa vale para sólidos e também para catalisadores. A adição de todas essas três coisas (gases inertes, sólidos e catalisadores) não desloca o equilíbrio da reação.