Todo estudante de química conhece o princípio de Le Chatelier, que afirma que qualquer mudança na temperatura, pressão, volume ou concentração em um determinado sistema levará o sistema a estabelecer um novo equilíbrio Estado. Com o conhecimento da reação (por exemplo, se é endotérmica ou exotérmica), você pode usar isso para prever o que acontecerá quando houver uma mudança imposta ao sistema.
Mas há um método mais quantitativo que você pode usar para determinar a direção que uma reação irá favorecer, e se ela está ou não em equilíbrio, e isso é chamado de quociente de reação. Aprender a calcular o quociente de reação para uma determinada reação é uma ferramenta simples, mas poderosa, em química.
O Quociente de Reação Explicado
O quociente de reação é uma forma de quantificar as quantidades relativas de reagentes e produtos para uma reação reversível em qualquer ponto no tempo. É dado o símbolo Q, e você pode calculá-lo usando uma fórmula simples envolvendo as concentrações (tecnicamente as “atividades”) dos produtos e dos reagentes, junto com suas constantes estequiométricas.
O quociente de reação e a constante de equilíbrio (K) são quantidades semelhantes (mas não idênticas) e a comparação das duas em qualquer ponto do tempo indica em qual direção a reação irá prosseguir até atingir o equilíbrio.
A diferença entre Q e K
As equações para Q e K são muito semelhantes, dependendo das concentrações de reagentes e produtos, mas há uma diferença crucial entre as duas quantidades: A equação da constante de equilíbrio é só válido quando o sistema está em equilíbrio (isto é, quando a taxa da reação direta coincide com a taxa da reação reversa).
O quociente de reação é válido em todas as vezes, então a reação não precisa estar em equilíbrio para que você possa calculá-la. No entanto, quando a reação está em equilíbrio, Q = K, e as duas equações dão o mesmo resultado.
Calcule Q para uma reação
A equação para Q, para uma reação geral entre produtos químicos UMA, B, C e D do formulário:
É dado por:
Então, essencialmente, são os produtos multiplicados juntos divididos pelos reagentes multiplicados juntos, cada elevados a uma potência igual às suas constantes estequiométricas (ou seja, os números de cada componente no reação). No entanto, é importante notar que os colchetes neste se referem às atividades dos produtos químicos.
Para um sólido ou um líquido puro, o termo na equação para Q funciona para um, e assim eles podem ser efetivamente ignorados. Para um solvente, você usa a fração molar, para um gás você usa a pressão parcial (ou molaridade) e para um soluto você usa a molaridade.
Um cálculo de exemplo simples lhe dará uma ideia de como calcular Q para uma reação. Veja a reação:
Com as molaridades: [CO] = 1 M, [H2O] = 1 M, [CO2] = 2M e [H2] = 2 M, e a constante de equilíbrio K = 1. Observe que as constantes estequiométricas para cada um dos componentes, neste caso, são uma, então você não precisa se preocupar com as potências no cálculo. Usando a expressão para Q dá:
Observe que este valor para Q é maior do que o valor fornecido para K.
Interpretando Q
Existem três casos principais a considerar para entender qual é o valor de Q diz lhe: Q > K, Q = K e Q < K. Para Q > K, isso significa que há mais produtos presentes do que haveria em equilíbrio e, portanto, a reação mudará em favor dos reagentes.
Para Q = K, a reação está em equilíbrio e permanecerá assim, a menos que algo perturbe o sistema (por exemplo, se calor for adicionado ou a pressão aumentada).
Para Q < K, há mais reagentes do que produtos presentes do que no equilíbrio e, portanto, a reação prosseguirá na direção para frente e favorecerá a formação de produtos.