Princípio de Le Chȃtelier: variação na concentração

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!