Conteúdo principal
Química - Ensino Médio
Curso: Química - Ensino Médio > Unidade 14
Lição 1: Equilíbrio dinâmicoDireção de reações reversíveis
Para uma reação reversível, se a taxa da reação direta for maior que a taxa da reação inversa, há uma conversão líquida de reagentes em produtos. Se a taxa da reação direta for menor que a taxa da reação inversa, há uma conversão líquida de produtos em reagentes. Se as duas taxas forem iguais, a reação está em equilíbrio. Versão original criada por Jay.
Quer participar da conversa?
Nenhuma postagem por enquanto.
Transcrição de vídeo
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!