Exame de Física e Química A 2025 · 2.ª fase — item 1.1.1, resolvido

O ponto de partida. O item pergunta-te em que condições o equilíbrio fica mais deslocado no sentido da formação de $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$. Tens duas maneiras de responder, e convém usar as duas: ler a tabela, que dá os resultados experimentais, e explicar com o Princípio de Le Châtelier, que diz porque é que os resultados são esses. Se as duas concordarem, tens a certeza.

A tabela tem uma linha por temperatura e uma coluna por pressão. Cada célula é a fração molar do $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ no equilíbrio: quanto maior, maior a parte da mistura gasosa que é amoníaco.

1.º — o efeito da pressão: percorre uma linha

Fixa uma temperatura e anda para a direita, para pressões maiores. A $400{}^{\circ }\mathrm{C}$:

As outras duas linhas fazem o mesmo ($0,01\to 0,11\to 0,57$ e $0,005\to 0,05\to 0,31$). Conclusão: a pressão maior favorece a formação de $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$.

Le Châtelier explica porquê. Conta as moles de gás de cada lado da equação: à esquerda, $1+3=4$; à direita, $2$. Um aumento de pressão é uma perturbação que o sistema contraria evoluindo no sentido que diminui a quantidade de gás — aqui, o sentido direto, que forma $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$.

2.º — o efeito da temperatura: percorre uma coluna

Fixa uma pressão e desce na tabela, para temperaturas maiores. A $1000\mathrm{atm}$:

Nas outras colunas acontece o mesmo. Conclusão: a temperatura menor favorece a formação de $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$.

A tabela diz-te também uma coisa que o enunciado não diz: se baixar a temperatura desloca o equilíbrio no sentido direto, então, por Le Châtelier, o sentido direto é o que liberta energia — a reação de síntese do amoníaco é exotérmica. Arrefecer o sistema é uma perturbação que ele contraria evoluindo no sentido que produz calor.

3.º — juntar as duas conclusões

O valor mais alto da tabela, $0,80$, está exatamente no cruzamento da pressão mais alta ($1000\mathrm{atm}$) com a temperatura mais baixa ($400{}^{\circ }\mathrm{C}$).

Resposta: opção (B) — maior pressão e menor temperatura.

o canto da tabela confirma

Repara nos quatro cantos da tabela, que são as quatro opções: maior pressão e maior temperatura dá $0,31$; maior pressão e menor temperatura dá $0,80$; menor pressão e menor temperatura dá $0,04$; menor pressão e maior temperatura dá $0,005$. O máximo é o da opção (B), e o mínimo é o da opção (D), que tem as duas condições ao contrário.

a origem de cada opção errada

• (A) maior pressão e maior temperatura — acerta na pressão, mas confunde rapidez com extensão. Uma temperatura maior torna a reação mais rápida — o equilíbrio é atingido mais cedo —, mas não aumenta a quantidade de $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ no equilíbrio: numa reação exotérmica, diminui-a. A tabela mostra-o: a $1000\mathrm{atm}$, passar de $400$ para $600{}^{\circ }\mathrm{C}$ faz a fração descer de $0,80$ para $0,31$.
• (C) menor pressão e menor temperatura — acerta na temperatura, mas erra o efeito da pressão. É o erro de quem não conta as moles de gás, ou de quem pensa que «menos pressão» deixa as moléculas mais livres para reagir. São $4$ moles de gás para $2$: a pressão maior favorece o lado com menos moles, que é o do $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$.
• (D) menor pressão e maior temperatura — as duas condições ao contrário. É a combinação que minimiza a quantidade de $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ (o $0,005$ da tabela). Quem a escolhe leu a tabela no sentido inverso, ou trocou o «maximizada» do enunciado por «minimizada».

onde se perdem pontos

Item de escolha múltipla, e facultativo: dos oito itens facultativos da prova, só contam os quatro com melhor pontuação. Os $10$ pontos são tudo ou nada.

• Confundir a rapidez da reação com a extensão do equilíbrio. A temperatura alta acelera a reação, mas a pergunta é sobre a quantidade de $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ em equilíbrio. Para isso só conta o Princípio de Le Châtelier — e a tabela.
• Ler a tabela na direção errada. As linhas são temperaturas, as colunas são pressões. Antes de comparar valores, confirma qual das grandezas está a variar.
• Não contar as moles de gás. O efeito da pressão decide-se pelos coeficientes dos gases: $4$ à esquerda, $2$ à direita.
• Deixar em branco. Errar não tira pontos; o branco vale $0$ de certeza. Mesmo com dúvidas entre duas opções, escolhe uma.
• Escrever duas respostas. Os critérios gerais dizem que, se aparecer mais do que uma resposta ao mesmo item, só se classifica a que surgir em primeiro lugar. Riscar mal ou acrescentar «ou (…)» não salva nada.
• Não indicar a versão da prova. Os critérios são claros: sem indicação inequívoca da versão, todos os itens de seleção valem zero. Esta chave é a da Versão 1; na Versão 2 as opções estão por outra ordem.

a regra a fixar

Para prever o efeito da pressão num equilíbrio gasoso, conta as moles de gás de cada lado: a pressão maior favorece o lado com menos moles. Para prever o efeito da temperatura, precisas de saber se a reação é exotérmica ou endotérmica: a temperatura menor favorece o sentido exotérmico. E quando o item dá uma tabela, ela é a prova — se a tua previsão não bater com ela, revê a previsão. Na indústria, a temperatura usada não é a mais baixa possível: abaixo de certo valor a reação torna-se tão lenta que não compensa, e escolhe-se um compromisso entre extensão e rapidez.