14.7: O Princípio de Le Chatelier: Alteração da Concentração

Um sistema em equilíbrio encontra-se em um estado de equilíbrio dinâmico, com as reações direta e inversa a velocidades iguais. Se um sistema de equilíbrio for sujeito a uma mudança de condições que afete estas velocidades de reação de forma diferente (um stress), então as velocidades não são mais iguais e o sistema não está em equilíbrio. O sistema irá, subsequentemente, sofrer uma reação líquida na direção de uma velocidade superior (uma alteração) que restabelecerá o equilíbrio. Este fenómeno é resumido pelo princípio de Le Châtelier: Se um sistema de equilíbrio for sujeito a um stress, o sistema irá sofrer uma mudança em resposta ao stress que restabelece o equilíbrio.

As velocidades de reação são afetadas principalmente por concentrações, conforme descrito pela lei de velocidade de reação, e temperatura, conforme descrito pela equação de Arrhenius. Consequentemente, as mudanças na concentração e na temperatura são os dois stresses que podem deslocar um equilíbrio.

Efeito de uma Alteração na Concentração

Se um sistema de equilíbrio for sujeito a uma alteração na concentração de uma espécie de reagente ou de produto, a velocidade da reação direta ou inversa será alterada. Como exemplo, considere a reação de equilíbrio:

Quando este sistema está em equilíbrio, as velocidades de reação direta e inversa são iguais.

Se o sistema for stressado pela adição de reagentes, quer N₂ quer O₂, o aumento resultante da concentração provoca o aumento da velocidade de reação direta, ultrapassando a da reação inversa:

O sistema irá experienciar uma reação direta líquida temporária para restabelecer o equilíbrio (o equilíbrio irá mudar para a direita). Esta mesma alteração irá resultar se algum produto NO for removido do sistema, o que diminui a velocidade da reação inversa, novamente resultando no mesmo desequilíbrio nas velocidades.

A mesma lógica pode ser usada para explicar a mudança para a esquerda que resulta da remoção de reagente ou da adição de produto a um sistema de equilíbrio. Ambos estes stresses resultam em uma velocidade aumentada para a reação inversa

e uma reação inversa líquida temporária para restabelecer o equilíbrio.

Como alternativa a esta interpretação cinética, o efeito de alterações na concentração sobre os equilíbrios pode ser racionalizado em termos de quocientes de reação. Quando o sistema está em equilíbrio,

Se for adicionado um reagente (aumentando o denominador do quociente de reação) ou se for removido produto (diminuindo o numerador) então Q_c < K_c e o equilíbrio irá mudar para a direita. Note-se que as três formas diferentes de induzir este stress resultam em três mudanças diferentes na composição da mistura de equilíbrio. Se for adicionado N₂, o desvio para a direita irá consumir O₂ e produzir NO à medida que o equilíbrio é restabelecido, produzindo uma mistura com uma maior concentração de N₂ e NO e uma menor concentração de O₂ do que a que estava presente anteriormente. Se for adicionado O₂, a nova mistura de equilíbrio terá maiores concentrações de O₂ e NO e menor concentração de N₂. Por fim, se for removido NO, a nova mistura de equilíbrio terá maiores concentrações de N₂ e O₂ e menor concentração de NO. Apesar dessas diferenças na composição, o valor da constante de equilíbrio após o stress será o mesmo que antes (de acordo com a lei da ação das massas). A mesma lógica pode ser aplicada para stresses que envolvam a remoção de reagentes ou adição de produto, caso em que Q_c > K_c e o equilíbrio se deslocará para a esquerda.

Este texto foi adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 13.3 Shifting Equilibria: LeChatelier’s Principle.

Um sistema está em equilíbrio dinâmico quando a taxa da reação avançada é igual à taxa da reação inversa. Embora a reação ainda seja procedida em ambos os sentidos, as concentrações líquidas dos reagentes e produtos permanecem constantes. Neste momento, se um reagente ou concentração do produto for alterado, por exemplo, adicionando a molécula A adicional ou removendo alguma molécula C, o equilíbrio é perturbado.

Tais mudanças são tensões sobre o sistema. De acordo com o princípio de Le Châtelier, quando um sistema está em equilíbrio é realçado devido a uma alteração na concentração, uma alteração no volume ou pressão, ou uma alteração na temperatura, a posição do equilíbrio altera-se numa direção para minimizar o stress e restabelecer o equilíbrio. Para compreender um sistema de resposta às alterações na concentração, consideremos dois tanques de água ligados, A e B.Inicialmente, o nível da água nos dois tanques é igual, e o sistema está em equilíbrio.

Depois, é adiciona água ao tanque B.Este stress aumenta o nível da água no tanque B e perturba o equilíbrio. Para compensar este stress, alguma água flui para o tanque A para restabelecer o equilíbrio. Inversamente, se a água é removida do tanque B, a diminuição da água também causa stress.

Consequentemente, a água do tanque A flui para o tanque B para restabelecer o equilíbrio. Para um sistema em equilíbrio, o quociente de reação iguala a constante de equilíbrio. Adicionar mais reagentes à mistura de equilíbrio diminui Q.De acordo com o princípio de Le Châtelier, o sistema minimiza este stress deslocando a posição de equilíbrio em relação aos produtos para gastar o reagente adicionado e restabelecer o equilíbrio.

Da mesma forma, remover um produto a partir da mistura de equilíbrio conduzirá a uma resposta semelhante para restabelecer o equilíbrio. Em contraste, acrescentando mais produtos aumenta Q.Assim, a posição de equilíbrio desloca-se para os reagentes para gastar o produto adicionado e restabelecer o equilíbrio. Uma mudança na concentração desloca a posição de equilíbrio sem alterar o valor de K.