Equilíbrio dinâmico

RKA12MC – Olá! Tudo bem com você? Você vai assistir agora a mais uma aula de Ciências da Natureza, e, nessa aula, vamos conversar sobre o equilíbrio dinâmico. Para ilustrar o conceito de equilíbrio, vamos dizer que temos um copo e colocamos um pouco de água nesse copo, e também nos certificamos de que o copo tenha uma tampa. Algumas dessas moléculas de água vão evaporar e se transformar em um gás (um vapor, na verdade). E, eventualmente, quando tivermos água gasosa suficiente, parte da água gasosa vai se condensar e voltar a ser água líquida. Para representar esses dois processos, podemos colocar uma equação aqui, onde temos água líquida à esquerda e água gasosa à direita. Seguindo o sentido direto aqui do processo, temos a água líquida se transformando em água gasosa, e essa seta para a direita aqui representa o processo de vaporização. Quando a água gasosa volta a ser líquida, temos essa seta na parte inferior representando isso. Inclusive, esse é o processo de condensação. Uma vez que começamos com água líquida, no início, a taxa de vaporização é maior do que a taxa de condensação, mas, eventualmente, alcançamos um ponto em que a taxa de vaporização é igual à taxa de condensação. E, quando isso acontece, ou seja, quando estamos transformando água líquida em gasosa na mesma taxa em que a água gasosa está se transformando em água líquida, o número de moléculas de água em um estado líquido e em um estado gasoso permanece constante. Quando a taxa de vaporização é igual à taxa de condensação, alcançamos um estado de equilíbrio. E esse é um equilíbrio dinâmico, porque, se a gente ampliar e olhar para isso aqui, as moléculas de água estão sendo convertidas do estado líquido para o estado gasoso o tempo todo, e essas moléculas de água no estado gasoso também estão indo para o estado líquido o tempo todo. No entanto, como as taxas são iguais, o número de moléculas no estado líquido e o número de moléculas no estado gasoso permanecem constantes. Claro, se a gente olhar aqui do ponto de vista macroscópico, o nível de água não vai mudar absolutamente nada, vai continuar a mesma coisa. Agora, vamos aplicar esse conceito de equilíbrio dinâmico a uma reação química hipotética. Em nossa reação hipotética, X₂, que é um gás marrom-avermelhado, se decompõe em seus átomos individuais para formar 2X, e os átomos individuais são incolores. Então, na reação direta, vamos de X₂ para 2X. Portanto, X₂ está se decompondo em 2X, e, na reação inversa, os dois átomos de X estão se combinando para formar X₂. Quando temos uma reação direta e uma reação inversa, por convenção, dizemos que o que está no lado esquerdo são os reagentes e o que está no lado direito são os produtos. Nós usamos esses termos para poder evitar algumas confusões. Enfim, digamos que começamos a nossa reação apenas com reagentes. Portanto, apenas X₂ está presente nesse primeiro recipiente aqui e existem cinco partículas de X₂. Se cada partícula representa 0,1 mol, como temos cinco partículas de X₂, temos 0,5 mol de X₂. E vamos dizer que esse recipiente aqui seja de 1 litro. 0,5 dividido por 1 é igual a 0,5 molar, portanto, a concentração inicial de gás X₂ é 0,5 molar. E, como não temos nenhum X (não há pontos brancos nesse recipiente, não é?), a concentração inicial de X é zero molar. Eu vou escrever isso aqui: 0M (zero molar). Em seguida, esperamos 10 segundos. Nós começamos no tempo igual a zero segundo e agora estamos no tempo igual a 10 segundos. Agora podemos ver que existem três partículas de X₂ em nossa caixa, e isso é igual a 0,3 molar. Então, vamos escrever isso aqui: 0,3 molar para a nossa concentração. E, agora, temos algumas partículas de X. Temos aqui uma, duas, três, quatro partículas. E, mais uma vez, se cada partícula representa 0,1 mol, isso significa que temos 0,4 mol de X dividido por 1, ou 0,4 molar. Esperamos mais 10 segundos, aí quando o tempo for igual a 20 segundos, teremos aqui duas partículas de X₂ e uma, duas, três, quatro, cinco, seis partículas de X. Sendo assim, agora, as concentrações são 0,2 molar para X₂ e 0,6 molar para X. Esperando mais dez segundos, ou seja, até um instante de tempo igual a 30 segundos, teremos aqui ainda duas partículas de X₂ e seis partículas de X. Sendo assim, após 30 segundos, a concentração de X₂ é 0,2 molar e de X é 0,6 molar. Observe como a concentração de X₂ foi de 0,5 molar para 0,3, depois para 0,2, e, em seguida, encontramos o mesmo valor de 0,2; e isso após 30 segundos. Ou seja, a concentração se tornou constante em um instante de tempo igual a 20 segundos. A concentração de X passou de zero para 0,4 e depois para 0,6, mas, em seguida, também encontramos 0,6 aqui no instante de tempo igual a 30 segundos. Assim, as concentrações se tornaram constantes em um instante de tempo igual a 20 segundos, o que significa que a reação atingiu o equilíbrio após 20 segundos. Sendo assim, em “t” igual a zero, não estava em equilíbrio; em “t” igual a 10 segundos também não estava em equilíbrio. Somente quando o tempo atingiu 20 segundos essa reação atingiu o equilíbrio. E, nesse equilíbrio, a taxa da reação direta é igual à taxa da reação inversa. Dessa forma, X₂ está se transformando em 2X na mesma taxa em que 2X está se transformando de volta em X₂. E, como essas taxas são iguais, as concentrações de X₂ e X no equilíbrio permanecem constantes. Podemos ver o mesmo conceito observando um gráfico de concentração por tempo. A concentração de X₂ começa em 0,5 molar quando o tempo é igual a zero segundo, e, em seguida, cai para 0,3 molar após 10 segundos. Depois de 20 segundos, está em 0,2 molar, e permanece constante depois disso. Para a concentração de X, começamos em zero molar, aí aumentamos para 0,4 após 10 segundos, e aí, ao atingir 0,6, ela ficou constante. A gente pode desenhar uma linha tracejada para visualizar as coisas um pouco melhor. Então, vamos fazer isso aqui em 20 segundos. Esta é a linha divisória, e à esquerda as concentrações não estão em equilíbrio, ou seja, elas estão sempre mudando. Já à direita dessa linha pontilhada, as concentrações estão em equilíbrio, ou seja, elas permanecem constantes. Portanto, a concentração de equilíbrio do gás X₂ é igual a 0,2 molar, e a concentração de equilíbrio do gás X é igual a 0,6 molar. Finalmente, vamos usar esses diagramas específicos para pensar sobre o que veríamos em um nível macroscópico à medida que a reação segue para o equilíbrio. Repare que no primeiro diagrama de partículas temos apenas partículas vermelhas, portanto, apenas nosso reagente X₂ está presente no início. No entanto, com o passar do tempo, o número de partículas vermelhas diminui de cinco, no primeiro diagrama particular, para três no segundo; depois para dois no terceiro. E, a partir daí, o número permanece em dois, porque, lembre-se: atingimos o equilíbrio após 20 segundos. Sendo assim, do ponto de vista macroscópico, no início da reação, a gente começaria vendo um gás marrom-avermelhado mais escuro, e aí, à medida que o tempo passasse, a gente começaria a ver um gás marrom-avermelhado mais claro. Finalmente, ao atingir o equilíbrio, a gente veria um gás marrom- -avermelhado ainda mais claro, e ele permaneceria com esse marrom-avermelhado bem claro porque alcançamos o equilíbrio e as concentrações de reagentes e produtos permanecem constantes no equilíbrio, mesmo que nossos reagentes estejam se transformando em nossos produtos. Porque os nossos produtos também estão se transformando em nossos reagentes na mesma taxa. E, portanto, as concentrações dos reagentes e dos produtos são constantes. Espero que você tenha compreendido todas essas ideias aqui, e, mais uma vez, eu quero deixar aí para você um grande abraço e dizer que te encontro na próxima!