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Química - Ensino Médio
Curso: Química - Ensino Médio > Unidade 14
Lição 3: Fatores que afetam o equilíbrio químico- Princípio de Le Chȃtelier: variação na concentração
- Princípio de Le Chȃtelier: variação no volume
- Princípio de Le Chȃtelier: variação na temperatura
- Princípio de Le Chatelier: exemplo resolvido
- Exemplo resolvido: como calcular a pressão total de equilíbrio após uma variação no volume
- Exemplo resolvido: como usar o princípio de Le Chȃtelier para prever deslocamentos no equilíbrio
- Princípio de Le Châtelier
- Usando o princípio de Le Chatelier
- Introdução ao quociente de reação Qc
- Quociente de reação (Q)
- Exemplo resolvido: como usar o quociente de reação para prever uma variação na pressão
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Princípio de Le Chȃtelier: variação na concentração
O princípio de Le Chȃtelier pode ser usado para prever o efeito que uma perturbação, como uma variação na concentração, terá em um sistema de reação em equilíbrio. Se a concentração de uma espécie da reação aumentar (com T e V constantes), o sistema em equilíbrio vai se deslocar na direção que reduz a concentração dessa espécie. Se a concentração de uma espécie da reação diminuir, o efeito contrário será observado. Versão original criada por Jay.
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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 princípio de Le Chatelier e a variação de concentração. O princípio de Le Chatelier diz que, se uma tensão é aplicada a
uma mistura de reação em equilíbrio, a reação líquida vai ocorrer na
direção que diminua a tensão. E uma coisa interessante é que a variação na
concentração de um reagente ou de um produto é uma forma de colocar pressão em
uma determinada reação em equilíbrio. Por exemplo, vamos considerar a reação
hipotética em que o gás A se transforma em gás B e vamos dizer que a reação está em equilíbrio. Aí, repentinamente, introduzimos um estresse
aumentando a concentração do reagente A. De acordo com o
princípio de Le Chatelier, a reação líquida vai ocorrer na
direção que diminua o estresse. Como aumentamos
a concentração de A, a reação líquida vai se mover para a direita
a fim de diminuir a concentração de A. Vamos usar aqui alguns diagramas
para que a gente possa entrar em detalhes sobre como a
reação vai para a direita? Nesse diagrama, nós vamos simbolizar
o gás A por partículas vermelhas e o gás B por meio de partículas azuis. Para essa reação hipotética, a constante
de equilíbrio é igual a 3 a 25 graus Celsius. Vamos começar nosso problema buscando
determinar o quociente de reação. Como sabemos, Qc é igual a... Bem, nós determinamos isso a
partir da nossa equação balanceada. Vamos ter aqui a concentração
de B elevada à primeira potência dividida pela concentração de A
também elevada à primeira potência. Vamos calcular as
concentrações de B e de A aqui para o nosso primeiro
diagrama de partículas. B é representado pelas esferas azuis,
e há três esferas azuis aqui. Se cada partícula representa
0,1 mol de uma substância e o volume do recipiente é 1 litro, como temos três partículas,
isso seria 3 vezes 0,1, que é 0,3 mol divido por
um volume de 1 litro. Então, teremos 0,3 molar. Portanto, a concentraçãode B é 0,3 molar. Para A, temos uma partícula, então
vamos ter 0,1 mol dividido por 1 litro, que é 0,1 molar. E 0,3 dividido por 0,1 é igual a 3. Logo, Qc nesse momento é igual a 3. Observe que poderíamos apenas
ter contado nossas partículas: três azuis e uma vermelha. Aí, bastaria dividir o 3 pelo 1. Isso teria sido um pouco mais rápido. Enfim, Qc é igual a 3 e
Kc também é igual a 3 (eu deveria ter escrito um “c” aqui). Quando Qc é igual a Kc, temos
que a reação está em equilíbrio. Como visto nesse primeiro diagrama
de partículas, como Qc é igual a Kc, temos que a reação
está em equilíbrio. Agora, vamos introduzir um estresse
em nossa reação de equilíbrio. Vamos aumentar a concentração de A. Então, aqui, vamos adicionar quatro partículas
de A à mistura de reação em equilíbrio. O segundo diagrama de partículas
mostra como a reação se parece logo depois de adicionarmos
essas quatro partículas vermelhas. Repare que começamos com uma
partícula vermelha e adicionamos quatro. Sendo assim, agora, há um total
de cinco partículas vermelhas. Mas ainda temos as mesmas três partículas
azuis que a gente tinha no primeiro diagrama. Vamos calcular o Qc nesse momento,
logo depois de introduzirmos o estresse? Como existem três partículas azuis
e cinco partículas vermelhas, Qc é igual a 3 dividido
por 5, que é igual a 0,6. Como Qc é igual a 0,6
e Kc é igual a 3, nesse momento,
Qc é menor que Kc. Portanto, há muitos reagentes
e poucos produtos. Sendo assim, a reação líquida
não vai estar em equilíbrio. E, na verdade, ela vai para direita
a fim de diminuir a quantidade de A, e aumentar a quantidade de B. O terceiro diagrama de partículas mostra o que acontece depois que
a reação líquida se move para a direita. Como eu falei, diminuímos a quantidade
de A e aumentamos a quantidade de B. Estamos indo de três azuis no
segundo diagrama para seis no terceiro. Estamos indo de cinco vermelhas
para apenas duas vermelhas. Como visto aqui, três vermelhas
devem ter se transformado em azuis para obter o terceiro diagrama específico
que se encontra aqui à direita. Se a gente calcular Qc
para o terceiro diagrama, teremos isso sendo
igual a 6 dividido por 2, que é igual a 3. Então, nesse momento, Qc é
igual a Kc (ambos são iguais a 3). Logo, o equilíbrio foi reestabelecido
no terceiro diagrama de partículas. Nem sempre é necessário
calcular os valores Q ao fazer um problema de
concentração variável de Le Chatelier, no entanto, para essa reação hipotética, é útil calcular os valores de Q para entender
que estamos começando no equilíbrio, e, em seguida, um estresse é introduzido, como, por exemplo, alterar a concentração
de um reagente ou de um produto. Ao fazer isso, a reação não vai
se encontrar mais em equilíbrio. O princípio de Le Chatelier nos permite
prever em que direção a reação líquida irá, ou também podemos usar Q para
prever a direção da reação líquida. A reação líquida vai continuar
nessa nova direção até que Q seja igual a K novamente e
o equilíbrio tenha sido reestabelecido. Vamos ver outra reação
aqui como exemplo. Aqui, temos a síntese da amônia a partir
do gás nitrogênio e do gás hidrogênio. Que tal a gente ver aqui se
a reação está em equilíbrio? Vamos olhar para isso em um gráfico
de concentração em função do tempo. No equilíbrio, as concentrações de
reagentes e produtos são constantes, e é por isso que vemos
essas linhas retas aqui para a concentração de
hidrogênio, amônia e nitrogênio. Vamos introduzir um estresse
no sistema em equilíbrio. Inicialmente, estamos em equilíbrio e
todas as concentrações são constantes, mas vamos aumentar a
concentração de hidrogênio. Podemos ver isso
em nosso gráfico. Então, bem aqui, há um aumento
repentino na concentração de hidrogênio. Ao adicionar hidrogênio,
significa que Q não é mais igual a K, e, portanto, a reação não
está mais em equilíbrio. Vamos escrever isso aqui:
agora não está mais em equilíbrio. O princípio de Le Chatelier nos permite prever
em que direção a reação líquida vai se mover. Como adicionamos um estresse (o estresse, nesse caso, sendo o
aumento da concentração de hidrogênio), a reação líquida vai
se mover para a direita a fim de se livrar de parte do
hidrogênio que foi adicionado. Aí, quando a reação vai para a direita,
a quantidade de amônia acaba aumentando, e é por isso que podemos
ver aqui nessa linha vermelha a quantidade de amônia aumentando. E a quantidade de amônia aumenta
porque o nitrogênio e o hidrogênio estão reagindo para formar amônia. Portanto, a quantidade de nitrogênio
e hidrogênio vai diminuir. Aqui, podemos ver que a quantidade
de hidrogênio está diminuindo, e aqui podemos ver que a quantidade
de nitrogênio está diminuindo. A reação continua indo para a direita
até que o equilíbrio seja reestabelecido, e isso acontece na segunda
linha pontilhada aqui. E sabemos disso porque podemos ver que
todas essas concentrações são agora constantes. Sendo assim, a reação
atingiu o equilíbrio. Como vimos, tendo uma reação em equilíbrio,
se aumentarmos a concentração de reagentes, como a concentração de hidrogênio
ou a concentração de nitrogênio, a reação vai se deslocar para a direita a fim de
diminuir a quantidade de um desses reagentes. Agora, se nossa reação estiver em equilíbrio e
aumentarmos a quantidade de nosso produto, que nesse caso é a amônia, provocaremos um estresse devido ao
aumento da concentração de um produto. O princípio de Le Chatelier diz que a reação líquida
vai se mover na direção que diminui o estresse. Portanto, nesse caso, a reação
líquida vai para a esquerda a fim de diminuir a
quantidade de amônia. Para pensar um pouco mais sobre isso,
caso a gente tenha uma reação em equilíbrio e a gente diminua a
concentração de nosso produto, a reação líquida vai para a direita
a fim de fazer mais do produto. Ou, se diminuirmos a concentração de um dos
nossos reagentes, como, por exemplo, o nitrogênio, nesse caso, a reação vai se
deslocar para a esquerda a fim de produzir
mais do nosso reagente. Enfim, espero que você tenha
compreendido aqui essas ideias, e, mais uma vez, eu quero deixar
aqui para você um grande abraço, e dizer que te encontro na próxima. Então, até lá!