Conteúdo principal
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
© 2023 Khan AcademyTermos de usoPolítica de privacidadeAviso de cookies
Princípio de Le Chȃtelier: variação no volume
O princípio de Le Chȃtelier pode ser usado para prever o efeito que uma perturbação, como uma variação no volume, terá em um sistema de reação em equilíbrio. Se o volume do recipiente aumentar (com T constante), o sistema vai se deslocar na direção que aumenta o número de mols do gás no recipiente. Se o volume diminuir, teremos o efeito contrário. Se o sistema tiver o mesmo número de mols de gás nos dois lados da equação química, uma variação no volume não terá impacto na posição de 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, nesta aula, vamos conversar
sobre o princípio de Le Chatelier e a variação em uma
reação em equilíbrio. O princípio de Le Chatelier diz
que, se um estresse é provocado em uma mistura de
reação em equilíbrio, a reação líquida vai ocorrer na
direção que diminua esse estresse. Um possível estresse que
podemos fazer em uma reação é alterar o volume de uma reação
que se encontra em equilíbrio. Vamos dizer que temos
uma reação hipotética aqui, em que o sólido A (que é representado pela
cor vermelha em nosso diagrama de partículas) se transforma no sólido B
(que é representado pela cor azul) e também C (que é
representado por pontos brancos). A constante de equilíbrio Kc para essa
reação é igual a 0,4 a 25 graus Celsius. O primeiro diagrama de partículas
mostra a reação em equilíbrio, e podemos ver que existe algum sólido de A
e algum sólido de B no fundo do recipiente, mas também há algumas
partículas gasosas de C. Vamos introduzir um estresse em
nossa mistura de reação em equilíbrio, e, para isso, vamos diminuir
o volume do recipiente. Olhando do primeiro
diagrama para o segundo, podemos ver que houve uma
diminuição no volume do recipiente. Isso vai causar um
aumento na pressão porque a pressão vem dessas partículas
de gás batendo nas laterais do recipiente. Aí, se diminuirmos o volume, haverá uma distância menor
para essas partículas viajarem antes de baterem nas
laterais do recipiente. Devido a isso, aumentaremos
a frequência de colisão, e, consequentemente,
a pressão vai aumentar. De acordo com o
princípio de Le Chatelier, a reação líquida vai na
direção que alivia o estresse, portanto, se o estresse
for o aumento da pressão, a reação líquida tentará se mover
na direção que diminua essa pressão. Olhando para a equação
dessa reação hipotética, os dois sólidos não estão realmente
contribuindo com a pressão, portanto, devemos nos
preocupar apenas com o gás C. Repare aqui que temos 1 mol
de gás no lado dos produtos, portanto, se a reação líquida
fosse para a direita, estaríamos indo de zero mol
de gás para 1 mol de gás. Ou seja, ao ir para a direita,
aumentaremos os mols de gás, o que aumentaria a pressão. No entanto, não é isso
que a reação deseja fazer. O objetivo da reação
é aliviar o estresse, e, devido a isso, a reação
quer diminuir a pressão. Então, a reação vai se
movimentar para a esquerda para se livrar de
um pouco desse gás. Afinal, ao diminuir a quantidade
de gás, a pressão será reduzida, aliviando com isso o estresse. Se a reação líquida se mover para a esquerda,
perderemos alguns de nossos produtos, ou seja, vamos diminuir a
quantidade de C e a quantidade de B e ganhar um pouco
de nossos reagentes. Sendo assim, vamos aumentar
a quantidade de A. E podemos ver tudo isso acontecendo entre
o segundo e o terceiro diagrama de partículas. Então, indo do segundo diagrama
de partículas para o terceiro, vamos diminuir a quantidade de C. Passamos de 4 partículas de C
para apenas 2 partículas de C. Também diminuímos a quantidade de B
(repare que esse sólido azul ficou menor) e aumentamos a quantidade de A. A é esfera vermelha aqui, e, como você pode ver, ela ficou maior
entre o segundo diagrama e o terceiro. Indo de 4 partículas de C
para apenas 2 partículas de C, diminuímos a quantidade de gás e, portanto, diminuímos a pressão. Para entender melhor o que acontece
com a mistura de reação em equilíbrio quando uma tensão
é colocada sobre ela, ou seja, quando um estresse
é colocado sobre ela, vamos calcular o coeficiente de reação Q
para esses três diagramas particulares, que se referem a momentos diferentes
para a mesma reação hipotética. A expressão para o
quociente de reação Qc tem a mesma forma que a expressão
da constante de equilíbrio Kc. Portanto, como os sólidos são deixados de
fora da expressão da constante de equilíbrio, vamos incluir aqui apenas
a concentração do gás. E, como há um coeficiente
de 1 na frente de C, Qc é igual à concentração de C
elevada à primeira potência. Uma vez que existem 4 partículas de
C no primeiro diagrama de partículas, e, se cada partícula
representa 0,1 mol de C, 4 vezes 0,1 é igual
a 0,4 mol de C. Para encontrar a concentração
de C, pegamos os mols aqui e dividimos pelo
volume do recipiente, que vamos considerar aqui que
seja inicialmente de 1,0 litro. Dividindo 0,4 por 1,0,
temos 0,4 molar. Então, essa é a concentração de C
no primeiro diagrama de partículas. Colocamos isso em
nossa expressão para Q. Sendo assim,
Qc é igual a 0,4. Observe que Kc também é igual a 0,4.
Então, nesse momento, Qc é igual a Kc, o que nos diz que a
reação está em equilíbrio. Agora, vamos pensar sobre o estresse
causado à reação em equilíbrio. Diminuímos o volume. Observando os volumes aqui, a gente tinha
inicialmente 1 litro, e agora tem 1/2 litro. Portanto, estamos diminuindo
o volume por um fator de 2, o que causaria um aumento
na pressão por um fator de 2. Além disso, ao mudar o volume,
também vamos alterar a concentração. Sendo assim, em vez de ter
aqui 0,4 dividido por 1,0, vamos ter aqui 0,4 dividido
por 0,5, que é igual a 0,8 molar. Repare que a concentração dobrou, portanto, se calcularmos Q para o
nosso segundo diagrama de partículas, vamos inserir a concentração
de C aqui, que é 0,8 molar. Sendo assim, temos agora que Qc
é igual a 0,8, porém K é igual a 0,4. Então, Q não é igual a K, e, devido a isso, a reação
não vai estar em equilíbrio para o nosso segundo
diagrama de partículas. Eu vou escrever isso aqui:
não está em equilíbrio. Nesse caso, o Qc é maior que Kc, o que nos indica que temos
muitos produtos e poucos reagentes. Devido a isso, a reação
líquida vai para a esquerda a fim de eliminar alguns dos produtos
e aumentar a quantidade de reagentes. A reação líquida continua indo para a esquerda
até que alcancemos o equilíbrio novamente. Portanto, se calcularmos a concentração
de C no terceiro diagrama, vamos encontrar o quê? Aqui, existem apenas 2 partículas, então, temos 0,2 mol dividido
por um volume de 0,5 litro. 0,2 dividido por 0,5
é igual a 0,4 molar. Sendo assim, Qc vai ser igual a 0,4. Nesse caso, Qc é igual
a 0,4 e Kc ainda é 0,4. Então, Qc é igual a Kc
e estamos em equilíbrio. Portanto, o equilíbrio
foi reestabelecido. Como a reação líquida está em equilíbrio
no terceiro diagrama de partículas, a reação líquida para de ir para a esquerda
e a concentração de C permanece constante. Vamos aplicar o que
aprendemos a outra reação? À síntese de amônia a partir do
gás nitrogênio e do gás hidrogênio? Se tivermos uma mistura
desses gases em equilíbrio e introduzimos um estresse no sistema,
como, por exemplo, uma redução de volume, o que vai acontecer? A redução de volume do recipiente
vai causar um aumento na pressão, e, de acordo com o
princípio de Le Chatelier, a reação líquida vai na direção que diminua
o estresse que foi causado no sistema. Então, se o estresse é
o aumento da pressão, a reação final diz: eu quero me mover na direção
que diminua essa pressão. Portanto, a reação líquida
vai se mover para a direita, porque há 4 mols de gás à esquerda
e apenas 2 mols de gás à direita. Repare que, ao se
mover para a direita, vamos passar de 4 mols
de gás para 2 mols de gás, o que diminui a quantidade de gás
e provoca uma redução na pressão. Se tivéssemos uma mistura desses gases
em equilíbrio e aumentássemos o volume, o aumento do volume causaria
uma diminuição da pressão. Portanto, o estresse dessa vez
seria a redução da pressão. Aí, a fim de diminuir o estresse, a reação líquida ia se mover na
direção que aumentasse a pressão. Ou seja, em uma situação como essa,
a reação líquida se moveria para a esquerda porque, se ela se
mover para a esquerda, estaremos indo de 2 mols de gás à
direita para 4 mols de gás à esquerda. Com isso, teremos um
aumento nos mols de gás. E, como já visto, um aumento na quantidade
de gás causa um aumento na pressão. Agora, vamos ver o que acontece quando
temos quantidades iguais de mols de gás em ambos os lados da equação. Por exemplo, para uma reação hipotética,
em que o gás A se transforma em gás B, há 1 mol de gás no lado dos reagentes
e 1 mol de gás no lado dos produtos. Vamos usar aqui diagramas
e conscientes de reação para entender o
que está acontecendo? Para o nosso primeiro diagrama de
partículas, aqui está a expressão Qc, e isso é igual à concentração de
B elevada à primeira potência dividida pela concentração de
A elevada à primeira potência. Qual é a concentração de B? Como B é azul e há 2 esferas azuis
nesse primeiro diagrama particular, vamos multiplicar 2 por 0,1 mol,
e isso vai ser 0,2 mol de azul. Aí, dividindo isso pelo volume, que
vamos considerar que seja 1 litro, chegaremos à concentração de B. Então, a concentração
de B é igual a 0,2. A concentração de A
também é igual a 0,2 molar porque há 2 partículas de A aqui. Portanto, 0,2 dividido
por 0,2 é igual a 1, e, como K é igual a
1 para essa reação (olhe aqui que K é igual
a 1 a 25 graus Celsius), temos aqui que Qc é
igual a Kc nesse momento. Portanto, a reação está em equilíbrio
nesse primeiro diagrama de partículas. Agora, se você introduzir um estresse
em nosso sistema em equilíbrio, como, por exemplo, diminuindo
o volume por um fator de 2, o que vai acontecer? Bem, vamos de 1 litro para 1/2 litro. Devido a isso, tanto a pressão quanto as
concentrações vão aumentar por um fator de 2. Sabendo disso, podemos dizer que a
concentração de B vai ser agora 0,4 molar e a concentração de A
também vai ser 0,4 molar. Portanto, teremos 0,4 dividido
por 0,4, e isso é igual a 1. Repare que aqui Qc ainda é igual a Kc, e, com isso, a reação ainda
vai estar em equilíbrio. Ou seja, nesse caso, mesmo
alterando o valor do volume, o valor de Qc não foi alterado,
ele continuou sendo igual a Kc. Como não houve nenhuma mudança, não há reação líquida indo para
a esquerda, nem para a direita. Observando esse exemplo,
chegamos à conclusão [de] que, se alterar o volume
em uma reação em equilíbrio quando há quantidades iguais de mols de
gás em ambos os lados aqui da equação, não tem efeito nenhum sobre a
composição da mistura em equilíbrio. Vamos voltar agora à nossa reação
para a síntese do gás amônia a partir do gás nitrogênio
e do gás hidrogênio e vamos dizer que essa
reação esteja em equilíbrio? Se a gente adicionar um pouco de gás
hélio à mistura de reação em equilíbrio, o que vai acontecer? Como sabemos, o
hélio é um gás inerte, e isso significa que ele não reage com
nenhum dos gases que temos aqui. É muito tentador dizer aqui que a adição
desse gás inerte aumentaria a pressão total, e, devido a isso, a reação líquida
se movimentaria para a direita a fim de se livrar desse
aumento de pressão, não é? No entanto, observe que o hélio
não faz parte da expressão para Qc, e, portanto, depois de adicioná-lo, você não estará realmente alterando
nenhuma dessas concentrações. Devido a isso, Qc ainda vai ser
igual a Kc após a adição de hélio. E, como Qc é igual a Kc,
a reação ainda vai estar em equilíbrio, e não haverá mudança
em nenhuma direção. Portanto, adicionar um gás inerte a
uma reação que está em equilíbrio não tem nenhum efeito sobre a
composição da mistura de reação. Enfim, conseguiu compreender
tudo direitinho aqui? Eu espero que sim. E, mais uma vez, eu quero deixar
aí para você um grande abraço, e dizer que te encontro na próxima. Então, até lá!