Química · 11.ª–12.ª classe
Como prever o efeito de uma perturbação no equilíbrio?
Resposta curta
Passos: escreva a equação com os estados físicos e o sinal de ΔH, identifique a perturbação, decida o sentido que a contraria e conclua o que acontece a cada espécie. Para confirmar com números, compare o quociente de reação Q com Kc: se Q for menor que Kc, o sistema desloca-se para a direita.
Quando se aplica
O método vale para qualquer sistema em equilíbrio que sofra uma alteração de concentração, pressão ou volume (se houver gases) ou temperatura. Pressupõe um sistema fechado e que já se conhece o sentido exotérmico ou endotérmico da reação direta. Não se aplica à adição de catalisador, que não desloca o equilíbrio.
Pré-requisitos
- Saber escrever a expressão de Kc (e de Q, que tem a mesma forma).
- Saber contar os mol de gás de cada lado.
- Saber que reação exotérmica tem ΔH menor que zero.
Método passo a passo
- Escreva a equação equilibrada, com estados físicos, e anote o ΔH.
- Conte os mol de gás à esquerda e à direita (só gases).
- Identifique a perturbação e use esta regra:
- concentração: o sistema consome o que se acrescenta e repõe o que se retira;
- pressão ou volume: mais pressão favorece o lado com menos mol de gás;
- temperatura: aquecer favorece o sentido endotérmico.
- Conclua o deslocamento (direita ou esquerda) e o efeito em cada concentração.
- Confirme com Q e Kc quando houver números: Q menor que Kc, desloca-se para a direita; Q maior que Kc, para a esquerda; Q igual a Kc, sem deslocamento.
Nota
Uma mudança de temperatura é a única que altera o valor de Kc. Se a reação direta é exotérmica, aquecer diminui Kc.
Exemplos resolvidos
Exemplo 1 — Combustão do monóxido de carbono
Enunciado: 2 CO(g) + O2(g) ⇌ 2 CO2(g), exotérmica. Preveja o efeito de (a) adicionar O2, (b) reduzir o volume, (c) aquecer.
Resolução:
- Mol de gás: 2 + 1 = 3 à esquerda; 2 à direita.
- (a) Mais O2: desloca-se para a direita; [CO] diminui e [CO2] aumenta.
- (b) Menos volume, mais pressão: favorece o lado com menos mol (direita).
- (c) Aquecer favorece o sentido endotérmico, a reação inversa: esquerda; e Kc diminui.
Resposta: (a) direita; (b) direita; (c) esquerda. Verificação: as perturbações (a) e (b) aumentam o CO2; a (c) diminui-o.
Exemplo 2 — Usar Q e Kc
Enunciado: H2 + I2 ⇌ 2 HI com Kc = 64. Em equilíbrio, [H2] = [I2] = 0,10 e [HI] = 0,80 mol/L. Acrescenta-se H2 até [H2] = 0,20 mol/L (as outras concentrações não mudam no instante da adição). Para onde se desloca?
Resolução:
- Q = [HI]2 ÷ ([H2] × [I2]) = 0,64 ÷ (0,20 × 0,10) = 0,64 ÷ 0,020 = 32.
- Q (32) é menor do que Kc (64).
- Para aumentar Q, o sistema forma mais HI.
Resposta: para a direita. Verificação: coincide com a regra qualitativa (mais reagente, mais produto). Confirme que Kc = 0,64 ÷ 0,010 = 64 no equilíbrio inicial.
Exemplo 3 — Duplicar o volume
Enunciado: N2 + 3 H2 ⇌ 2 NH3 está em equilíbrio. O volume é duplicado de repente. Para onde se desloca? Mostre com Q.
Resolução:
- Todas as concentrações passam a metade.
- Q = (cNH3/2)2 ÷ ((cN2/2) × (cH2/2)3). O numerador fica multiplicado por 1/4 e o denominador por 1/2 × 1/8 = 1/16.
- Logo Q = Kc × (1/4) ÷ (1/16) = 4 Kc, maior que Kc.
- Q maior que Kc: o sistema desloca-se para a esquerda.
Resposta: para a esquerda, o lado com mais mol de gás (4 contra 2). Verificação: menor pressão favorece o lado com mais mol de gás.
Exemplo 4 — Nível de exame: condições para maximizar o rendimento
Enunciado: Para N2 + 3 H2 ⇌ 2 NH3 (exotérmica), indique as condições que favorecem o rendimento em NH3 e comente por que a indústria não usa a temperatura mais baixa possível.
Resolução:
- Pressão alta: favorece o lado com menos mol de gás (direita).
- Temperatura baixa: favorece a reação exotérmica (direita).
- Retirar NH3 à medida que se forma: repõe-se pela reação direta.
- Mas a temperaturas muito baixas a reação é demasiado lenta. Usa-se temperatura intermédia e catalisador, que acelera sem deslocar o equilíbrio.
Resposta: alta pressão, temperatura baixa e remoção do amoníaco aumentam o rendimento; na prática escolhe-se um compromisso entre rendimento e velocidade. Verificação: os valores exatos usados na indústria devem ser consultados no manual da sua classe.
Erros frequentes
- Esquecer de contar só os gases e incluir sólidos na comparação dos mol.
- Confundir "aumentar a pressão" com "aumentar o volume": são contrários.
- Dizer que Kc muda quando se adiciona reagente. Só a temperatura altera Kc.
- Concluir que todas as concentrações aumentam depois de uma adição. A espécie adicionada fica, no novo equilíbrio, acima do valor inicial, mas as do outro lado da equação aumentam e as do mesmo lado podem diminuir em relação ao instante da adição.
- Aplicar o método a um catalisador ou a um gás inerte a volume constante.
Exercícios propostos
1Exercício 1
2 SO3(g) ⇌ 2 SO2(g) + O2(g), endotérmica. Preveja o efeito de aumentar a temperatura e de aumentar a pressão.
Ver solução
Temperatura: favorece a reação endotérmica (direta), logo direita. Pressão: 2 mol de gás à esquerda e 3 à direita, logo o aumento favorece a esquerda.
2Exercício 2
A(g) + B(g) ⇌ C(g) + D(g), Kc = 4,0. No equilíbrio: [A] = [B] = 1,0 e [C] = [D] = 2,0 mol/L. Retira-se C até [C] = 1,0 mol/L. Para onde se desloca?
Ver solução
Q = (1,0 × 2,0) ÷ (1,0 × 1,0) = 2,0. Como Q (2,0) é menor do que Kc (4,0), desloca-se para a direita, formando mais C e D.
3Exercício 3
C(s) + H2O(g) ⇌ CO(g) + H2(g), endotérmica. Preveja o efeito de (a) juntar mais C(s), (b) aquecer, (c) aumentar a pressão.
Ver solução
(a) Um sólido puro não altera a concentração: sem deslocamento. (b) Aquecer favorece a direta: direita. (c) Gás: 1 mol à esquerda e 2 à direita, logo o aumento da pressão favorece a esquerda.
4Exercício 4
No equilíbrio N2 + 3 H2 ⇌ 2 NH3 adiciona-se árgon. O que acontece (a) a volume constante, (b) a pressão constante?
Ver dica
Pergunte-se se as concentrações dos reagentes mudam.
Ver solução
(a) As concentrações não mudam: sem deslocamento. (b) O volume aumenta, todas as concentrações diminuem e o equilíbrio favorece o lado com mais mol de gás: esquerda.
5Exercício 5
AgCl(s) ⇌ Ag+(aq) + Cl-(aq). Que se observa ao adicionar NaCl a uma solução saturada de AgCl?
Ver solução
Aumenta [Cl-], o sistema consome Cl- e desloca-se para a esquerda: forma-se mais AgCl sólido (diminui a solubilidade do AgCl).
Perguntas frequentes
Quando se usa este método?
Sempre que uma questão pede o sentido do deslocamento ou o efeito qualitativo de uma alteração num equilíbrio, sem pedir valores numéricos.
Existe um método mais rápido?
Para respostas rápidas, use a regra qualitativa. Para confirmar ou quando há números, compare Q com Kc: é mais seguro em casos como a variação de volume.
Que erros são mais comuns?
Trocar o efeito da pressão, contar sólidos entre os gases e achar que Kc muda sempre que há perturbação.
Resumo
- Escreva a equação, ΔH e os mol de gás de cada lado.
- Concentração: consome-se o que se adiciona.
- Pressão: mais pressão, lado com menos mol de gás.
- Temperatura: aquecer, sentido endotérmico; só ela altera Kc.
- Q menor que Kc: direita; Q maior que Kc: esquerda.
- Catalisador e gás inerte a volume constante não deslocam.
Onde aprofundar
- O manual de Química da sua classe e o programa oficial (INIDE / Ministério da Educação de Angola) — confirme a edição em vigor.
- OpenStax Chemistry (em inglês), secção sobre alterações ao equilíbrio.
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