Exame de Física e Química A 2026 · 2.ª fase — item 5.2, resolvido

O ponto de partida. A cor da mistura é a cor do $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$: o ${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_4$ é incolor. Quanto maior a concentração de $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$, mais intensa a cor castanha. A pergunta é, portanto: em cada experiência, a concentração de $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$ fica maior do que era?

A ferramenta é o Princípio de Le Châtelier: quando se perturba um sistema em equilíbrio, ele evolui no sentido que contraria essa perturbação, até atingir um novo estado de equilíbrio. Precisas de duas aplicações dele:

• Pressão (gases): um aumento de pressão por diminuição do volume favorece a reação que diminui a quantidade total de gás. Aqui, $2$ moles de gás à esquerda dão $1$ mole à direita: favorece a reação direta.
• Temperatura: um arrefecimento favorece a reação exotérmica. Aqui, $\Delta H<0$ para a reação direta: favorece a reação direta, e a constante $K_{\mathrm{c}}$ aumenta.

1.º — experiência II — arrefecer a seringa

Começa pela experiência em que as duas leituras concordam. No gobelé com gelo, a temperatura da mistura diminui. A reação direta é exotérmica ($\Delta H<0$): liberta energia. O sistema contraria o arrefecimento favorecendo o sentido que liberta energia — a reação direta, $2\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2⟶{\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_4$.

O volume não mudou, por isso a concentração de $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$ só varia pela reação: diminui. A cor castanha esbate-se. Na experiência II não há intensificação da cor.

2.º — experiência I — comprimir a mistura: o que diz o Princípio de Le Châtelier

Ao pressionar o êmbolo, o volume diminui e a pressão aumenta. O sistema contraria o aumento de pressão favorecendo a reação que diminui a quantidade de gás: a direta, que transforma $2$ moléculas de $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$ em $1$ de ${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_4$. Em quantidade, há menos $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$ no novo equilíbrio do que havia antes.

Se a pergunta fosse «para que lado evolui o equilíbrio e o que acontece à quantidade de $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$?», a conclusão seria: favorece-se o gás incolor, logo não há intensificação na experiência I. Juntando à experiência II, dá a opção (D) — a leitura mais direta do Princípio de Le Châtelier, e que os critérios aceitam.

3.º — experiência I — comprimir a mistura: o que se vê

Mas a cor depende da concentração de $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$, e a compressão faz duas coisas, não uma.

• No instante da compressão, antes de qualquer reação, as mesmas moléculas ficam num volume menor: todas as concentrações aumentam na mesma proporção. A concentração de $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$ sobe, e a cor escurece de imediato.
• Depois, o sistema reage como diz Le Châtelier: se o volume passar a metade, as duas concentrações duplicam, e o quociente da reação fica $Q_{\mathrm{c}}=\frac{2\left[{\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_4\right]}{{\left(2\left[\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2\right]\right)}^2}=\frac{K_{\mathrm{c}}}{2}<K_{\mathrm{c}}$. A reação direta é favorecida, a concentração de $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$ desce, e a cor aclara um pouco.

A questão é saber onde acaba. O Princípio de Le Châtelier diz que o sistema contraria a perturbação, não que a anula. A concentração de $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$ não pode voltar ao valor inicial: se voltasse, a expressão de $K_{\mathrm{c}}$ (que não mudou, porque a temperatura é a mesma) obrigaria a concentração de ${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_4$ a voltar também ao valor inicial — e então haveria, num volume menor, as mesmas concentrações, ou seja, menos nitrogénio do que o que lá está. Não pode ser. No novo equilíbrio, a concentração de $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$ é maior do que a inicial, e a cor fica mais intensa do que no início. Com a experiência II, dá a opção (B).

4.º — as duas respostas aceites

• (D) — «não ocorra na experiência I nem na experiência II» — é a leitura pelo sentido em que o equilíbrio evolui: as duas perturbações favorecem a reação direta, a que forma o gás incolor.
• (B) — «ocorra na experiência I, mas não ocorra na experiência II» — é a leitura pela cor que se observa, comparada com a cor inicial: a compressão aumenta a concentração de $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$ mais do que a evolução do equilíbrio a consegue reduzir.

As duas concordam na experiência II e divergem só na I. Os critérios aceitam ambas com a cotação total. A (B) é a que descreve o que, de facto, se observa numa seringa comprimida — e é a que fica registada aqui como resposta.

Resposta: opção (B) (os critérios aceitam também a opção (D)).

a origem das opções que não são aceites

• (A) ocorra na experiência I e ocorra na experiência II — erra a experiência II. Sai a quem pensa que arrefecer favorece sempre os reagentes, ou inverte o sinal de $\Delta H$: com a reação direta exotérmica, o frio favorece o ${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_4$, incolor.
• (C) não ocorra na experiência I, mas ocorra na experiência II — erra a experiência II pela mesma razão de (A). É o resultado de aplicar bem Le Châtelier à compressão e trocar o efeito da temperatura — tratar a reação direta como endotérmica.

uma experiência clássica

Esta é uma demonstração clássica de laboratório. Mergulhada em água gelada, uma ampola com $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2/{\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_4$ fica quase incolor; em água quente, fica castanho-escura — é o efeito da temperatura, que só desloca o equilíbrio. Numa seringa comprimida, o observador vê a cor escurecer de repente e depois aclarar um pouco, sem voltar à cor de partida — é o duplo efeito da compressão.

onde se perdem pontos

Item de escolha múltipla e facultativo: os $10$ pontos são tudo ou nada (aqui com duas opções aceites, a (B) e a (D)), e dos oito itens facultativos da prova contam os quatro com melhor pontuação.

• Trocar o efeito da temperatura. Com $\Delta H<0$ (reação direta exotérmica), o arrefecimento favorece a reação direta. Quem o inverte cai em (A) ou (C) — as duas únicas opções sem pontos.
• Esquecer o sinal de $\Delta H$ no enunciado. É o único dado que decide a experiência II; está ao lado da equação química.
• Confundir quantidade com concentração. A cor depende da concentração. Numa compressão, a quantidade de $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$ diminui e a concentração aumenta — as duas coisas ao mesmo tempo.
• Não indicar a versão da prova. Pelos critérios gerais, a ausência de indicação inequívoca da versão implica zero pontos nos itens de seleção. Na versão 2 as letras aceites são outras.
• Assinalar duas opções, mesmo as duas aceites: só é classificada a resposta que surgir em primeiro lugar.

para reconhecer o próximo exercício deste tipo

Num equilíbrio entre gases, separa sempre os dois tipos de perturbação. A temperatura muda o $K_{\mathrm{c}}$ e só desloca o equilíbrio: arrefecer favorece o sentido exotérmico, aquecer o endotérmico. A pressão (por variação de volume) não muda o $K_{\mathrm{c}}$: favorece o lado com menos moléculas de gás, mas também muda todas as concentrações de imediato. Se a pergunta for sobre o sentido em que o sistema evolui, responde com Le Châtelier; se for sobre uma concentração (ou uma cor) no fim, compara com o valor inicial — o sistema contraria a perturbação, nunca a anula.