Suponha um sistema contendo inicialmente de e de . A 25 , o equilíbrio é atingido com uma pressão total no sistema igual a . Determine a composição no equilíbrio, sabendo que para esta reação a é .
Passo 1
Ok, vamos lá! Temos um sistema inicialmente com 0,300 mol de e 0,500 mol de gasosos. A reação de equilíbrio é , que atinge equilíbrio a 25°C com uma pressão total de 2,00 atm. Sabemos que a variação de energia livre padrão () para essa reação é 4,73 kJ/mol. Vamos descobrir qual é a composição do sistema no equilíbrio. Para isso, vamos usar conceitos de equilíbrio químico e termodinâmica.
Passo 2
Primeiro, precisamos relacionar a variação de energia livre padrão () com a constante de equilíbrio (). A fórmula que liga essas duas quantidades é:
Onde:
é a constante dos gases (0,0821 L·atm/K·mol),
é a temperatura em Kelvin (25°C = 298 K),
é a constante de equilíbrio em termos de pressão.
Vamos rearranjar a equação para encontrar :
Primeiro, convertemos para a mesma unidade de :
Agora, substituímos os valores:
Parece que é praticamente zero, o que indica que, em condições padrão, a reação favorece muito os reagentes.
Passo 3
No entanto, queremos saber a composição no equilíbrio sob uma pressão total de 2,00 atm. Vamos usar a expressão da constante de equilíbrio para a reação:
Sabendo que a pressão total é 2,00 atm, podemos expressar as pressões parciais em termos de , que será a variação de pressão devido à formação de a partir de .
Vamos definir:
Pressão parcial inicial de :
Pressão parcial inicial de :
Mas como não temos o volume, podemos trabalhar com as molaridades relativas:
A pressão total será:
Mas simplificando, podemos usar a relação de pressões parciais diretamente.
Passo 4
Assumindo que é praticamente zero, a concentração de quase não muda, então é muito pequeno. Portanto, a composição no equilíbrio será quase igual à inicial:
Resposta
No equilíbrio, a composição do sistema é aproximadamente 0,300 mol de e 0,500 mol de .