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Enunciado

Química - Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente - 5ª Edição - Peter Atkins, Loretta Jones e Leroy Laverman- Ed: 5º - Capítulo 10.1 - Ex. 120

Ciclo-hexano (C) e metil-ciclo-pentano (M) são isômeros de fórmula molecular C 6 H 12 . A constante de equilíbrio do rearranjo C   ↔   M em solução é 0,140 a 25°C.

  1. Preparou-se uma solução com 0,0200   m o l . L - 1 de ciclo-hexano e 0,1 00   m o l . L - 1 de metil-ciclo-pentano. Será que o sistema está em equilíbrio? Se não está, será que ele tende a formar mais reagentes ou mais produtos?
  2. Quais são as concentrações de ciclo-hexano e metil-ciclo-hexano no equilíbrio?
  3. Se a temperatura aumentar para 50°C, a concentração de ciclo-hexano passa a ser 0,1 00   m o l . L - 1 quando o equilíbrio for restabelecido. Calcule a nova constante de equilíbrio.
  4. A reação é exotérmica ou endotérmica a 25°C? Explique sua conclusão.

Passo 1

Essa é bem legal galera !!

Já sabemos a equação, não é?

C   ↔   M

A constante de equilíbrio é dada por:

K = [ M ] [ C ]

Nas condições dadas:

M = 0,1 00   m o l . L - 1

C = 0,0200   m o l . L - 1

Então, a constante com base nas razões dos produtos e dos reagentes será:

[ M ] [ C ] = 0,1 00   m o l . L - 1 0,0200   m o l . L - 1 = 5

Se é assim, nas condições dadas nós temos:

Q = 5

Só que olhem só, o problema nos disse que no equilíbrio:

K = 0,14

Ou seja, Q ≫ K . O que isso nos diz?

Que as concentrações dos produtos são bem mais altas em relação às dos reagentes para o equilíbrio.

Portanto, a reação inversa é espontânea. De modo que a reação tende a formar mais reagentes consumindo o produto.

Concluindo que a reação tende a formar mais reagentes!!

Passo 2

Já sabemos que a reação tende a formar mais reagentes, nós teremos:

M = 0,1 00   - x

C = 0,0200 + x

Na constante do equilíbrio:

0,1 00 - x 0,0200 + x = 0,14

x = 8,53 × 10 - 2

Então as constantes no equilíbrio serão:

M = 0,1 00   - 8,53 × 10 - 2 = 0,0147 m o l L

C = 0,0200 + 8,53 × 10 - 2 = 0,1053 m o l L

Beleza! Já achamos as concentrações do produto e do reagente no equilíbrio.

Agora vamos pra letra c!!

Passo 3

Quando aumentamos a temperatura de 25°C para 50°C, a concentração do C diminui para 0,1 00   m o l L .

Vamos ver quanto variou?

[ C ] = 0,1 - 0,1053 = - 0,0053 m o l L

Se perdemos - 0,0053 m o l L de ciclo-hexano, significa que transformamos esta mesma quantia em metil-ciclo-hexano:

M = 0,0147 + 0,0053 = 0,02 m o l L

Agora que já temos as concentrações podemos calcular a nova constante de equilíbrio:

K ' = 0,02 m o l L 0,1 00   m o l L = 0,2

Então, para 50°C a constante de equilíbrio vale 0,2.

Passo 4

Para responder a letra d precisamos lembrar do Princípio de Le Chatelier.

Ele afirma que em um sistema químico em que o equilíbrio é perturbado, o sistema reagirá na direção que neutraliza esta perturbação.

Quando aumentamos a temperatura, mais calor é adicionado ao sistema. Na tentativa de recuperar o equilíbrio, a reação que consome este calor será favorecida.

Como vamos saber qual delas? Vamos pensar!

O valor da constante de equilíbrio aumenta com o aumento da temperatura. Isso significa que o aumento da temperatura favorecerá a formação de produtos.

Portanto, de acordo com este princípio, a reação direta deve ser endotérmica.

Shooow! Finalizamos mais umaa !

Resposta

  1. N ã o .   T e n d e   a   f o r m a r   m a i s   r e a g e n t e s ;
  2. M = 0,0147 m o l L   |   C = 0,1053 m o l L ;
  3. K ' = 0,2 ;
  4. E n d o t é r m i c a .
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