Quais os fatores que influenciam o deslocamento do equilíbrio de uma reação?

Conceito

Uma reação química atinge o equilíbrio quando as velocidades das reações direta e inversa se igualam, e as concentrações dos reagentes e produtos permanecem inalteradas. Porém, esse estado de equilíbrio é vulnerável a alguns fatores que podem alterar uma dessas velocidades e, consequentemente, modificar as concentrações de reagentes e/ou produtos, provocando o deslocamento do equilíbrio. 

O químico francês Henri Louis Le Chatelier elaborou o seguinte princípio: quando um sistema em equilíbrio sofre qualquer perturbação externa, o equilíbrio se desloca no sentido oposto ao da perturbação.

Essa perturbação externa trata-se da alteração das condições de pressão, temperatura e na adição ou retirada de uma ou mais substâncias presentes no sistema (alterando assim a concentração).

Concentração

Em um sistema em equilíbrio, o aumento na quantidade de qualquer participante favorece a reação que consome esse participante, e a diminuição de um componente irá favorecer a reação que forma esse componente. Por exemplo:
Seja a reação de produção da amônia, sob temperatura e pressão constantes:
N$$$_{2(g)}$$$ + 3 H$$$_{2(g)}$$$ $$$\rightarrow$$$ 2 NH$$$_{3(g)}$$$ 
➢ Ao aumentarmos a concentração de N$$$_2$$$ ou de H$$$_2$$$, o equilíbrio se desloca para a direita e o rendimento da reação aumenta.
➢ Se aumentarmos a concentração de NH$$$_3$$$, o equilíbrio se desloca para esquerda, diminuindo o rendimento da reação, já que NH$$$_3$$$ é produto.
➢ Se diminuirmos N$$$_2$$$ ou H$$$_2$$$, o equilíbrio se desloca para esquerda e o rendimento da reação diminui.
➢ Se diminuirmos a concentração de NH$$$_3$$$, o equilíbrio se desloca para direita e o rendimento aumenta.

Temperatura

A temperatura exerce influência sobre a maioria das reações. De acordo com o princípio de Le Chatelier, em um sistema em equilíbrio, sob pressão constante, o aumento da temperatura desloca o equilíbrio no sentido da reação que absorve calor, e a diminuição da temperatura desloca o equilíbrio no sentido da reação que libera calor. Exemplo:
Considerando a reação hipotética, sob pressão e concentração constantes:
A$$$_{(g)}$$$ $$$\iff$$$ B$$$_{(g)}$$$, ΔH > 0 (reação endotérmica)
➢ Se aumentarmos a temperatura, o equilíbrio se desloca para direita e o rendimento aumenta.
➢ Se diminuirmos a temperatura, o equilíbrio se desloca para esquerda.

Agora, seja a reação hipotética, sob pressão e concentração constantes:
B$$$_{(g)}$$$ $$$\iff$$$ A$$$_{(g)}$$$, ΔH < 0 (reação exotérmica)
➢ Se aumentarmos a temperatura, o equilíbrio se desloca para esquerda e o rendimento diminui.
➢ Se diminuirmos a temperatura, o equilíbrio se desloca para a direita e o rendimento aumenta.

Pressão

Os gases apresentam acentuada variação de volume em função da pressão exercida, por isso a variação de pressão só deslocará equilíbrios que contenham participantes gasosos.

Em um sistema em equilíbrio, à temperatura constante, o aumento da pressão produz diminuição do volume dos constituintes gasosos e consequentemente suas concentrações aumentam. Logo, se aumentarmos a pressão, à temperatura e massas constantes, o equilíbrio se desloca para o sentido onde o número de moléculas gasosas for menor (contração de volume). Observe os exemplos:
Reação 1: N$$$_{2(g)}$$$ + 3 H$$$_{2(g)}$$$ $$$\rightarrow$$$ 2 NH$$$_{3(g)}$$$ 
Reagentes = 4 mols
Produtos = 2 mols
➢ Se aumentarmos a pressão, o equilíbrio se desloca para direita e o rendimento aumenta, pois o número total de moléculas gasosas do produto é menor que do reagente.

Reação 2: 2 NO$$$_{2(g)}$$$ $$$\rightarrow$$$ 2 NO$$$_{(g)}$$$ + O$$$_{2(g)}$$$ 
Reagentes = 2 mols
Produto = 3 mols
➢ Se aumentarmos a pressão, o equilíbrio se desloca para a esquerda, pois o número de moléculas do reagente é menor.

Reação 3: H$$$_{2(g)}$$$ + I$$$_{2(g)}$$$ $$$\rightarrow$$$ 2 HI
➢ As alterações de pressão não deslocarão o equilíbrio, pois o número de moléculas dos reagentes e produtos é igual.

Exercícios

(PUC-SP) O equilíbrio químico representado pela equação:
N$$$_{2(g)}$$$ + O$$$_{2(g)}$$$ $$$\rightarrow$$$ 2NO$$$_{(g)}$$$  ΔH = +21.6 Kcal
Apresentará rendimento máximo em NO:
a) em temperatura e pressões elevadas;
b) em temperaturas e pressões baixas;
c) em temperaturas elevadas e pressões baixas;
d) em temperaturas elevadas independentemente da pressão;
e) em pressões altas independentemente da temperatura.

Gabarito
Letra D. Para um rendimento máximo em NO$$$_{(g)}$$$(produto), é necessário que o equilíbrio seja deslocado para a direita. Como podemos observar, trata-se de uma reação endotérmica (ΔH > 0) e, portanto, o aumento de temperatura favorecerá o deslocamento para a formação dos produtos, no caso o NO$$$_{(g)}$$$. Como número de mols dos reagentes é igual ao número de mols do produto, a variação de pressão não irá alterar o equilíbrio.

(Ufes) Considere a reação hipotética:
A + B ↔ C + D
Com relação ao equilíbrio químico do sistema, em temperatura constante, pode-se afirmar que:
a) a adição de reagentes ao sistema desloca o equilíbrio no sentido de formação de produtos, aumentando o valor da constante de equilíbrio.
b) a adição de produtos ao sistema desloca o equilíbrio no sentido de formação de reagentes, diminuindo o valor da constante de equilíbrio.
c) a adição de reagentes ou de produtos ao sistema não afeta o valor da constante de equilíbrio.
d) a adição de reagentes ao sistema desloca o equilíbrio no sentido de formação de reagentes, diminuindo o valor da constante de equilíbrio.
e) a adição de produtos ao sistema desloca o equilíbrio do sistema no sentido de formação de produtos, aumentando o valor da constante de equilíbrio.

Gabarito
Letra C. A adição de reagente irá favorecer a formação de produto. Já a adição de produto deslocará o equilíbrio para esquerda. A alteração na concentração dos reagentes não modifica a o valor da constante de equilíbrio, que permanece o mesmo.

(Ufrgs) Assinale a alternativa que indica o equilíbrio que pode ser deslocado no sentido dos produtos por aumento de temperatura e de pressão.
a) H$$$_{2(g)}$$$ +Cl$$$_{2(g)}$$$ $$$\rightarrow$$$ 2 HCl$$$_{(g)}$$$ ∆H < 0  
b) SbCl$$$_{5(g)}$$$ $$$\rightarrow$$$ SbCl$$$_{3(g)}$$$ + Cl$$$_{2(g)}$$$ ∆H > 0  
c) PCl$$$_{5(g)}$$$ $$$\rightarrow$$$ PCl$$$_{3 (g)}$$$ + Cl$$$_{2 (g)}$$$ ∆H > 0  
d) 2 SO$$$_{2(g)}$$$ + O$$$_{2(g)}$$$ $$$\rightarrow$$$ 2 SO$$$_{3(g)}$$$ ∆H < 0  
e) 4 NO$$$_{(g)}$$$ + 6 H$$$_2$$$O$$$_{(g)}$$$ $$$\rightarrow$$$ 4 NH$$$_{3(g)}$$$ + 5 O$$$_{2(g)}$$$ ∆H > 0  

Gabarito
Letra E. Para que o equilíbrio seja deslocado no sentido dos produtos com o aumento da temperatura, a reação precisa ser endotérmica, logo nas reações escritas nas alternativas “a” e “d” isso não acontece, pois elas são exotérmicas (∆H < 0). O aumento de pressão irá deslocar o equilíbrio para o sentido onde houver contração de volume, ou seja, onde o número de moléculas gasosas for menor. Entre as alternativas que sobraram, “b”, “c” e “e”, somente na letra “e” há contração de volume, onde temos 10 mols do lado dos reagentes 9 mols do lado dos produtos. O aumento da temperatura e pressão deslocará o equilíbrio no sentido dos produtos na reação correspondente à alternativa “e”.