Direção de reações reversíveis

RKA12MC – Olá! Tudo bem com você? Você vai assistir agora a mais uma aula de Ciências da Natureza, e, nessa aula, vamos conversar sobre a direção das reações reversíveis. Como exemplo de uma reação reversível, vamos observar uma reação hipotética em que o gás diatômico X₂ se transforma em seus átomos individuais X, inclusive se transformando em dois deles. Então, X₂ vai para 2X. A reação direta é X₂ se transformando em 2X, e a reação inversa é 2X se combinando para formar X₂. E digamos que X₂ seja um gás marrom-avermelhado. Se a gente assumir que as reações direta e inversa são reações elementares, podemos escrever a lei da taxa a partir da equação balanceada. Então, para a reação direta, vamos dizer que a taxa de reação direta é igual à constante de taxa para a reação direta, que simbolizamos com “K” e o índice “F” vezes a concentração de: como estamos realizando a reação direta, os reagentes são X₂; então, vezes a concentração de X₂. E, como temos um coeficiente 1 na frente de X₂, para essa reação elementar, ela seria elevada à primeira potência. Agora, podemos escrever a lei da taxa para a reação inversa. Portanto, a taxa de reação inversa é igual à constante de taxa com o índice R aqui (essa é a constante de taxa para a reação inversa), e, na reação inversa, 2X se combina para formar X₂, portanto, isso seria vezes a concentração de X. E, como temos um 2 como nosso coeficiente, precisamos elevar a concentração de X à segunda potência. Agora, vamos olhar para esses diagramas de partículas e pensar sobre o que acontece com a reação direta. Começamos em um tempo “t” sendo igual a zero, e aqui temos apenas X₂. Então, aqui, tem cinco partículas de X₂. Esperando 10 segundos, passamos de cinco partículas de X₂ para apenas três partículas de X₂. Portanto, no geral, duas dessas partículas de X₂ se transformam em X, e, portanto, teremos quatro partículas de X nesse segundo diagrama. Aí, esperando mais dez segundos até um tempo “t” igual a 20 segundos, passaremos de três partículas de X₂ para apenas duas partículas de X₂. E, claro, o número de partículas de X aumentou. Agora, estamos com seis partículas de X. Devido a isso a concentração de X₂ diminuiu, ou seja, passamos de cinco partículas de X₂ para três partículas de X₂, e, em seguida, para apenas duas partículas de X₂. Olhando para a lei da taxa aqui para a reação direta, a taxa da reação direta é proporcional à concentração de X₂. Portanto, se a concentração de X₂ diminuir, a taxa da reação direta também diminui. Podemos ver o mesmo conceito observando um gráfico de taxa em função do tempo. Observe essa curva bem aqui. Estamos começando em uma certa taxa para a reação direta, e, à medida que a concentração de X₂ diminui, podemos ver uma redução na taxa da reação. A taxa da reação para de diminuir quando a gente chega a um instante de tempo igual a 20 segundos. Agora que vimos isso, vamos pensar sobre a taxa da reação inversa. Bem, quando o tempo é igual a zero, a taxa da reação inversa é zero, e isso porque, quando começamos, temos apenas X₂, não temos nenhum X presente. Dessa forma, nesse momento, a reação inversa não acontece. Mas, assim que parte desse X₂ se transforma em X, é possível que a reação inversa aconteça. E, à medida que aumentamos a quantidade de X e olhamos para a nossa lei de taxa aqui para a reação inversa, à medida que aumentamos a concentração de X, a taxa da reação inversa também deve aumentar, e é por isso que a taxa da reação inversa aumenta à medida que o tempo aumenta. Assim, à medida que a reação direta está acontecendo, a reação inversa também ocorre ao mesmo tempo. No entanto, não vemos isso quando olhamos nosso diagrama particular. Em nossos diagramas particulares, vemos uma conversão líquida de X₂ em 2X. Por exemplo, olhando do primeiro diagrama particular para o segundo, vemos que duas partículas de X₂ se transformaram em quatro partículas de X. E, indo do segundo diagrama para o terceiro, vemos que outra partícula de X₂ se transformou em 2X, e, portanto, temos seis partículas de X em um instante de tempo igual a 20 segundos. Como a gente observa uma conversão líquida de reagentes em produtos em nosso diagrama, a taxa da reação direta deve ser maior que a taxa da reação inversa, e podemos ver isso. Sendo assim, antes do instante de tempo igual a 20 segundos, se a gente olhar para nossas taxas aqui... vamos escolher, por exemplo, um instante de tempo igual a 10 segundos. Repare que há uma taxa maior para a reação direta do que para a reação inversa. Aí, no instante de tempo igual a 20 segundos, a taxa da reação direta fica igual à taxa da reação inversa. Então, temos aqui uma linha em nosso gráfico onde as taxas se tornam iguais. E também observamos que as taxas se tornam constantes a partir desse ponto. E, quando a taxa da reação direta é igual à taxa da reação inversa, a reação atingiu o equilíbrio. Portanto, à direita da linha pontilhada, a reação está em equilíbrio, e, à esquerda da linha pontilhada, a reação não está em equilíbrio. E, uma vez que a taxa da reação direta é igual à taxa da reação inversa no equilíbrio, X₂ está se transformando em 2X na mesma taxa em que 2X está voltando a X₂. Portanto, as concentrações de X₂ e X no equilíbrio permanecem constantes. E a gente pode ver isso quando a gente observa os diagramas onde o tempo é igual a 20 segundos e onde o tempo é igual a 30 segundos. Repare que, em ambos os diagramas, nós temos duas partículas X₂ e seis partículas X. Agora que a gente já teve essa conversa aqui, eu acho legal a gente fazer um resumo do que significam as taxas de reação direta e inversa em termos de reagentes e produtos. Se a taxa da reação direta for maior do que a taxa da reação inversa, isso significa que há uma conversão líquida de reagentes em produtos. Portanto, com o tempo, a quantidade de reagentes vai diminuir e a quantidade de produtos vai aumentar. Eventualmente, a taxa da reação direta vai ficar igual à taxa da reação inversa, e, como eu já disse antes, isso significa que a reação está em equilíbrio, e não há alteração líquida nas quantidades de reagentes ou produtos. Dessa forma, os reagentes estão se transformando em produtos na mesma velocidade em que os produtos voltam a se tornar reagentes. Finalmente, se a taxa da reação inversa for maior que a taxa da reação direta, haverá uma conversão líquida de produtos em reagentes, ou seja, os produtos estão se transformando em reagentes mais rapidamente do que os reagentes estão se transformando em produtos. No exemplo que vimos, a taxa de reação direta foi maior do que a taxa de reação inversa, e, em um dado momento, as taxas ficaram iguais e a reação atingiu o equilíbrio. Se tivéssemos olhado para um exemplo desse terceiro caso aqui, em que a taxa da reação inversa é maior do que a taxa da reação direta, eventualmente, as duas taxas se tornariam iguais, e essa reação também alcançaria o equilíbrio. Enfim, espero que você tenha compreendido tudo direitinho o que conversamos aqui, e, mais uma vez, eu quero deixar aqui para você um grande abraço, e dizer que te encontro na próxima!