O metanol
pode ser produzido pela reação entre o CO e o
, com a liberação de calor. Todas as espécies na reação são gasosas. Qual efeito que cada uma das seguintes variações terá na concentração de CO no equilíbrio? (c1) a pressão é aumentada; (c2) o volume do recipiente de reação é diminuído; (c3) é adicionado calor; (c4) a concentração de CO é aumentada; (c5) parte do metanol é removido do recipiente; (c6) é adicionado
. Fundamente e contextualize suas respostas.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício sobre equilíbrio químico! A gente vai usar o Princípio de Le Chatelier, que basicamente diz que se a gente mexer em alguma coisa num sistema em equilíbrio, o sistema tenta se ajustar pra compensar essa mudança. No caso, a reação é a produção de metanol (CH₃OH) a partir de monóxido de carbono (CO) e hidrogênio (H₂). A gente vai analisar como cada alteração que o exercício propõe afeta a concentração de CO no equilíbrio.
Passo 2
(c1) A pressão é aumentada
Quando a pressão aumenta num sistema gasoso, o equilíbrio quer diminuir essa pressão. Pra isso, ele favorece o lado da reação que tem menos moléculas de gás. Vamos contar:
- Lado dos reagentes: 1 molécula de CO + 2 moléculas de H₂ = 3 moléculas
- Lado dos produtos: 1 molécula de CH₃OH = 1 molécula
Como o lado dos produtos tem menos moléculas, o equilíbrio vai se deslocar para a direita, formando mais metanol. Isso significa que o CO vai diminuir, porque está sendo consumido para formar mais CH₃OH.
Passo 3
(c2) O volume do recipiente de reação é diminuído
Diminuir o volume equivale a aumentar a pressão. Então, a mesma lógica do (c1) se aplica aqui. O sistema vai querer diminuir a pressão se deslocando para o lado com menos moléculas de gás.
- Lado dos reagentes: 3 moléculas
- Lado dos produtos: 1 molécula
O equilíbrio se desloca para a direita, consumindo CO e diminuindo sua concentração.
Passo 4
(c3) É adicionado calor
A reação libera calor, ou seja, é exergônica. Quando a gente adiciona calor, é como se estivesse adicionando um reagente (nesse caso, o calor). O sistema vai tentar “usar” esse excesso de calor deslocando o equilíbrio para remover o calor. Como é uma reação exotérmica, vai favorecer a reação que consome calor, ou seja, o lado dos reagentes (reação inversa).
- Reação inversa: CH₃OH → CO + 2 H₂
Então, o equilíbrio se desloca para a esquerda, aumentando a concentração de CO.
Passo 5
(c4) A concentração de CO é aumentada
Quando a gente aumenta a concentração de um reagente, o sistema quer diminuir essa concentração consumindo esse reagente. Então, o equilíbrio vai se deslocar para a direita, formando mais CH₃OH.
- Isso significa que mais CO será consumido, então a concentração de CO diminui.
Passo 6
(c5) Parte do metanol é removido do recipiente
Remover um produto faz com que o equilíbrio tente produzir mais produto para compensar a perda. Portanto, o sistema se desloca para a direita, consumindo CO e aumentando a produção de CH₃OH.
- Com mais CO sendo consumido, a concentração de CO diminui.
Passo 7
(c6) É adicionado H₂
Adicionar mais H₂, que é um reagente, faz com que o equilíbrio se desloque para a direita para consumir esse excesso de H₂ e formar mais CH₃OH.
- Isso resulta em mais consumo de CO, diminuindo sua concentração.
Resposta
Resumindo os efeitos de cada variação na concentração de CO no equilíbrio:
- Aumento da pressão: A concentração de CO diminui.
- Diminuição do volume: A concentração de CO diminui.
- Adição de calor: A concentração de CO aumenta.
- Aumento da concentração de CO: A concentração de CO diminui.
- Remoção de metanol: A concentração de CO diminui.
- Adição de H₂: A concentração de CO diminui.
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