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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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Exemplo resolvido: como calcular a pressão total de equilíbrio após uma variação no volume
Como a pressão total varia quando o volume de um sistema gasoso em equilíbrio diminui? Neste vídeo, vamos explorar a resposta para essa pergunta usando tanto a abordagem qualitativa quanto a abordagem quantitativa. Versão original criada por Jay.
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Transcrição de vídeo
RKA4JL - Olá!
Tudo bem com você? Você vai assistir agora a mais
uma aula de Ciências da Natureza. Nesta aula vamos resolver um exemplo
sobre o equilíbrio de uma reação e como a mudança no volume afeta
a pressão total de equilíbrio. Nesse exemplo temos o pentacloreto de fósforo
se decompondo em tricloreto de fósforo e cloro gasoso. A constante de equilíbrio Kp para essa reação
é igual a 0,500 a 500 kelvins. Vamos dizer que essa reação
esteja em equilíbrio e que o recipiente onde a reação está ocorrendo
tenha um volume de 2 litros. Além disso vamos dizer que a pressão parcial de
equilíbrio do PCl5 seja igual a 0,980 atmosfera, que a pressão parcial de equilíbrio do PCl3
seja igual a 0,700 atmosfera e que a pressão parcial de equilíbrio do gás cloro
também seja igual a 0,700 atmosfera. Se a gente somar essas
três pressões parciais, vamos obter a pressão total
da mistura de gases em equilíbrio, que é igual a 2,38 atmosferas.
Vamos chamar isso de pressão total P1. Se diminuirmos o volume de 2 litros para 1 litro
e mantivemos a temperatura constante a 500 kelvins, vamos diminuir o
volume por um fator de 2, o que significa que aumentaremos
a pressão por um fator de dois. Dessa forma todas as pressões parciais de nossos gases
vão dobrar e haverá uma nova pressão total, que é o dobro da
pressão total original. Essa nova pressão total vai
ser igual a 4,76 atmosferas. A partir de agora vamos chamar
isso de pressão total P2, ok? Bem, quando o volume era 2 litros,
a reação começou no equilíbrio e diminuindo o volume para 1 litro e dobrando
a pressão, introduzimos um estresse no sistema. Devido a isso, nesse momento,
quando essas são as pressões parciais, a reação não estará
mais em equilíbrio. Porém, como já vimos,
o princípio de Le Chatelier diz que a reação líquida vai ocorrer
na direção que diminui o estresse. Portanto, se o estresse
for um aumento na pressão, a reação líquida vai se mover na direção
que diminua esse estresse. Olhando para a
equação balanceada, há 1 mol de gás no lado dos reagentes
e 2 mols de gás no lado dos produtos. Então se a reação líquida ocorrer
dos produtos para os reagentes, ou seja, se a reação líquida
ocorrer para a esquerda, a reação líquida vai para o lado
com o menor número de mols de gás, o que diminuiria a pressão
e aliviaria o estresse. A reação líquida vai continuar se movendo para
a esquerda até que o equilíbrio seja restabelecido e quando o equilíbrio for restabelecido haverá
uma nova pressão total, que chamaremos de P3. O nosso objetivo aqui é calcular P3 para que
possamos compará-la com P1 e P2. Vamos fazer isso aqui tanto de forma quantitativa
quanto de forma mais qualitativa, ok? Inicialmente vamos usar uma tabela IVE para nos ajudar
a descobrir a pressão total final P3. Em uma tabela IVE,
I representa a pressão parcial inicial, V, a variação,
e E a pressão parcial de equilíbrio. A pressão parcial inicial do PCl5 após
o volume reduzido para 1 litro é de 1,96 atmosfera e as pressões parciais do PCl3 e do Cl2
eram ambas de 1,40 atmosfera. Já usamos o princípio de Le Chatelier para
perceber que a reação líquida vai para a esquerda, o que significa que vamos diminuir
a quantidade de nossos produtos e vamos aumentar
a quantidade de reagentes. Sendo assim, vamos aumentar
a quantidade de PCl5. Mas não sabemos quanto vamos aumentar,
então vamos chamar isso de x. Como sabemos que vai aumentar, vamos colocar
+x na parte de variação aqui em nossa tabela. Como nossa proporção molar
entre o PCl5 e PCl3 é de um para um, se estamos ganhando x de PCl5,
estaremos perdendo x de PCl3. E o mesmo vale para o Cl2, já que temos
um coeficiente de um na frente do Cl2. Sendo assim vamos escrever -x
em nossa tabela IVE. Portanto, a pressão parcial de equilíbrio
de PCl5 é 1,96 mais x, a pressão parcial de equilíbrio
de PCl3 é 1,40 menos x e a pressão parcial de equilíbrio de Cl2
também é 1,40 menos x. Agora podemos substituir as pressões parciais
de equilíbrio em nossa expressão Kp. Sendo assim podemos substituir 1,40 menos x para
a pressão parcial de equilíbrio de PCl3, 1,40 menos x para a pressão
parcial de equilíbrio de Cl2 e 1,96 mais x para a pressão
parcial de equilíbrio de PCl5. Também vamos substituir o valor
da constante de equilíbrio Kp. Aqui está a aparência de nossa expressão de constante
de equilíbrio com tudo substituído. Agora precisamos resolver para x, o que
envolve o uso de uma equação quadrática. Para ganhar tempo eu já vou apresentar
o resultado depois de toda a resolução. Agora que sabemos que x é igual a 0,33,
podemos resolver as pressões parciais de equilíbrio. 1,96 mais 0,33 é igual a 2,29. Portanto, a pressão parcial de equilíbrio
do PCl5 é 2,29 atmosferas. Para o PCl3 temos 1,40 menos x, que é 1,40
menos 0,33, e isso é igual a 1,07. Portanto a pressão parcial de equilíbrio
do PCl3 é igual a 1,07 atmosfera. E claro, temos a mesma matemática
para o Cl2. Sendo assim, a pressão parcial de equilíbrio
do Cl2 também é 1,07 atmosfera. Para encontrar a pressão total P3 precisamos
apenas somar as pressões parciais individuais. Sendo assim, teremos aqui
2,29 mais 1,07 mais 1,07, e isso é igual a
4,43 atmosferas. Sendo assim, P3
é igual a 4,43 atmosferas. Fazer as contas nos ajuda a perceber
que x não é um número muito grande e o motivo do x não ser
um número muito grande é porque o valor Kp é igual a
0,500 para essa reação. Quando K está próximo de 1, há uma quantidade
próxima de reagentes e produtos em equilíbrio. Podemos ver isso com nossas
pressões parciais de equilíbrio. Há uma quantidade
próxima de ambos. E como deve haver uma quantidade próxima
de reagentes e produtos em equilíbrio, não veremos uma grande variação
nessas pressões parciais iniciais, mas definitivamente haverá um deslocamento
para a esquerda a fim de diminuir a pressão. Quando essas eram as pressões parciais,
se você se lembra P2 era igual a 4,76, vai haver uma redução da pressão.
A pressão vai cair de 4,76, mas como não há uma grande variação, vamos
observar P3 sendo igual a 4,43 atmosferas. Voltando ao problema original onde nosso
objetivo era descobrir P3 em relação a P1 e P2, poderíamos fazer isso sem realizar
toda a matemática que usamos. Nós poderíamos
pensar o seguinte: "Ok, diminuímos o volume em um fator
de 2, o que dobrou a pressão total. Devido a isso, a reação líquida vai se mover
para a esquerda a fim de diminuir a pressão. Contudo, ela não vai se mover muito
para a esquerda, não vai diminuir muito a pressão." Dessa forma, a pressão final P3 será um pouco
menor que 4,76, mais maior que 2,38 atmosferas. Eu espero que você tenha compreendido
todas as ideias que conversamos neste vídeo e mais uma vez eu quero deixar
para você um grande abraço e dizer que encontro
você na próxima!