Prevendo o Sentido das Reações para o Equilíbrio
1. Prevendo o sentido de avanço da reação para atingir o equilíbrio
Até agora, todos os exemplos de reações que eu trouxe para você possuíam apenas reagentes.
Então, era muito fácil prever que o sentido da reação seria o direto: se não tem produto, é óbvio que não existe sentido inverso!
Agora quando a gente tem concentrações de reagentes e de produtos já no início da reação,
como saber se o sentido favorecido para alcançar o equilíbrio é o direto ou o inverso?
Esse capítulo servirá só para a gente matar essa dúvida e o que resolve esse problema é o quociente de reação (Q).
O quociente de reação (Q) é a mesma fórmula da constante de equilíbrio (Keq), mas quando as concentrações ainda não estão constantes.
Ou seja, para a reação a seguir:
$aA + bB \underset{\text{2}}{\overset{\text{1}}{\rightleftharpoons}} cC + dD$
Kc = $\frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b}$ e Qc = $\frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b}$
Mas qual o sentido de ser a mesma fórmula?
O sentido é que o Kc me diz as proporções das substâncias quando elas já estão no equilíbrio.
O Q me diz a proporção atual, quando o equilíbrio ainda não foi atingido.
E com o valor de Q, eu consigo comparar com o valor de Keq e dizer se minha proporção precisa aumentar ou diminuir.
Sabendo se minha proporção precisa aumentar ou diminuir, eu consigo prever para qual sentido a reação deve ir para chegar no equilíbrio.
Vamos ver cada uma das situações possíveis.
2. Quando pelo menos uma substância está ausente no início da reação
$1 A + 1 B \underset{\text{2}}{\overset{\text{1}}{\rightleftharpoons}} 1 C + 1 D$
Esse exemplo já vimos, vou passar rápido por isso.
Considerando as seguintes concentrações iniciais dessa solução: [C] = 0 mol/L e [A] = [B] = [D] = 2,0 M.
Como não existe C, não existe reação de C+D, logo não existe sentido inverso.
Portanto, o sentido direto é o favorecido e a tabela é construída levando isso em consideração, chegando no valor de Kc de:
Kc = $\frac{(x).(2+x)}{(2-x)(2-x)}$
Se fosse o contrário, [C] = 2,0 mol/L e B = 0 mol/L, não existiria B, então o sentido direto que não existiria.
Sendo assim, o sentido inverso seria favorecido e o nosso Kc seria calculado assim:
Kc = $\frac{(2-x)(2-x)}{(2+x)(x)}$
Moral da história:
Sempre que alguma substância estiver faltando, o avanço da reação será para formar a substância que falta.
Sem exceções. Nem precisamos usar o Q nesses cenários. Próximo!
3. Quando todas as substâncias estão presentes no início da reação
Vamos de novo, mesma reação:
$1 A + 1 B \underset{\text{2}}{\overset{\text{1}}{\rightleftharpoons}} 1 C + 1 D$
Considerando as seguintes concentrações iniciais dessa solução: [A] = [B] = 3,0 mol/L e [C] = [D] = 5,0 mol/L.
E agora, vamos pro sentido direto ou inverso?
Como todas as substâncias estão presentes, o nosso primeiro passo é calcular o quociente de reação (Q):
Q = $\frac{[C][D]}{[A][B]}$
Q = $\frac{5 . 5}{3 . 3}$
Q = $\frac{25}{9}$
O segundo passo é comparar o valor de Q com o de Kc:
Se Q = Keq
Significa que a reação já está em equilíbrio químico, então não precisa fazer mais nada.
Se Q < Keq
Significa que essa proporção é menor que a do equilíbrio, portanto precisamos aumentar o numerador (ou diminuir o denominador) para alcançar o valor da Keq.
Como K = PRODUTO/REAGENTE, então precisamos aumentar o produto e diminuir o reagente
E qual sentido de reação permite isso? Sentido direto (seta 1)! Portanto, a conclusão é que a reação tende para o sentido direto.
Se Q > Keq
Significa que essa proporção é maior que a do equilíbrio, portanto precisamos reduzir o numerador (ou aumentar o denominador) para alcançar o valor da Keq.
Pelo raciocínio oposto, a reação tende para o sentido inverso.
Se o valor de Kc da reação acima é de 9, Qc < Kc (25/9 < 9).
Portanto a reação acontece para o sentido direto e a tabela ficaria:
Logo, para calcular a concentração final de cada substância é:
$Kc = \frac{(5+x)(5+x)}{(3-x)(3-x)}$
$9 = (\frac{5+x}{3-x})^2$
$3 = \frac{5+x}{3-x}$
3(3-x) = 5 + x
9 - 3x = 5 + x
4 = 4x
x = 1
Então [A] = [B] = 2 mol/L e [C] = [D] = 6 mol/L
Agora se o valor de Kc da reação acima é de 1, Qc > Kc (25/9 > 1), então a reação acontece para o sentido inverso e a tabela fica da seguinte maneira:
Logo, para calcular a concentração final de cada substância é:
$Kc = \frac{(5-x)(5-x)}{(3+x)(3+x)}$
$1 = (\frac{5-x}{3+x})^2$
$1 = \frac{5-x}{3+x}$
3+x = 5 - x
2x = 2
x = 1
Então [A] = [B] = 4 mol/L e [C] = [D] = 4 mol/L
4. Nunca confunda isso
Você viu que, só de mudar o valor do Kc, a gente pode mudar o sentido de avanço da reação, né?
Então não cometa esse erro, por mais que ele seja muito frequente:
O sentido não é definido da maior concentração para a menor concentração.
Nunca tem a ver com a concentração e sim com a comparação entre Q e Kc.
Se fosse assim, o sentido do nosso exemplo seria sempre no inverso, já que [C] = [D] = 5 mol/L e [A] = [B] = 3 mol/L.
E não é o que acontece !!!
Para finalizar, grave então as seguintes informações: se uma reação não está em equilíbrio, ela pode avançar para o sentido direto ou inverso para alcança-lo.
O que determina para qual sentido ela vai são apenas duas coisas.
A primeira: se tem alguma substância faltando, você avança no sentido que a forma. Por fim, a segunda: se todas estão presentes, você:
Calcula o valor de Q;
Compara o valor de Q com o valor de K;
Se Q > K = sentido inverso / se Q < K = sentido direto / se Q = K = equilíbrio químico.
