ENEM 2014 segunda aplicação
A formação de estalactites depende da reversibilidade de uma reação química. O carbonto de cálcio (CaCO3) é encontrado em depósitos subterrâneos na forma de pedra calcária. Quando um volume de água rica em CO2 dissolvido infiltra-se no calcário, o minério dissolve-se formando íons Ca2+ e HCO3-. Numa segunda etapa, a solução aquosa desses íons chega a uma caverna e ocorre a reação inversa, promovendo a liberação de CO2 e a deposição de CaCO3 de acordo com a equação apresentada.
Considerando o equilíbrio que ocorre na segunda etapa, a formação de carbonato será favorecida pelo(a)
diminuição da concentração de íons OH- no meio.
aumento da pressão do ar no interior da caverna.
diminuição da concentração de HCO3- no meio.
aumento da temperatura no interior da caverna.
aumento da concentração de CO2 dissolvido.
Resolução
Análise da Questão:
A questão descreve a formação de estalactites como um processo em duas etapas. A segunda etapa, que é o foco da pergunta, envolve um equilíbrio químico onde íons em solução aquosa reagem para formar carbonato de cálcio sólido (CaCO₃), dióxido de carbono gasoso (CO₂) e água líquida (H₂O). A equação química e a variação de entalpia (ΔH) são fornecidas:
O objetivo é determinar qual condição favorece a formação de carbonato de cálcio (CaCO₃), ou seja, desloca o equilíbrio para a direita (lado dos produtos).
Aplicação do Princípio de Le Chatelier:
O Princípio de Le Chatelier afirma que, se uma alteração de condição (concentração, pressão ou temperatura) é aplicada a um sistema em equilíbrio, o sistema se deslocará em uma direção que minimize o efeito dessa alteração.
Análise das Condições:
-
Concentração:
- Aumentar a concentração de reagentes (Ca²⁺ ou HCO₃⁻) desloca o equilíbrio para a direita.
- Diminuir a concentração de reagentes desloca o equilíbrio para a esquerda.
- Aumentar a concentração de produtos (CO₂ ou remover CaCO₃) desloca o equilíbrio para a esquerda.
- Diminuir a concentração de produtos (CO₂ ou adicionar CaCO₃ - embora a concentração de um sólido puro não afete o equilíbrio) desloca o equilíbrio para a direita.
-
Pressão (para gases):
- O lado dos reagentes não possui moles de gás (considerando apenas as espécies na equação principal).
- O lado dos produtos possui 1 mol de gás (CO₂).
- Um aumento na pressão desloca o equilíbrio para o lado com menos moles de gás (esquerda).
- Uma diminuição na pressão desloca o equilíbrio para o lado com mais moles de gás (direita).
-
Temperatura:
- A reação possui \( \Delta H = +40,94 \ kJ/mol \), o que indica que a reação direta (formação de produtos) é endotérmica (absorve calor).
- A reação inversa é exotérmica (libera calor).
- Aumentar a temperatura favorece a reação endotérmica (desloca para a direita).
- Diminuir a temperatura favorece a reação exotérmica (desloca para a esquerda).
Avaliação das Alternativas:
- A. diminuição da concentração de íons OH⁻ no meio: Íons OH⁻ não participam diretamente da equação de equilíbrio fornecida. Alterações no pH podem afetar a concentração de HCO₃⁻, mas não é o fator direto descrito.
- B. aumento da pressão do ar no interior da caverna: Aumentar a pressão favorece o lado com menos moles de gás. Neste caso, deslocaria o equilíbrio para a esquerda (0 moles de gás nos reagentes vs. 1 mol de CO₂ nos produtos), diminuindo a formação de CaCO₃.
- C. diminuição da concentração de HCO₃⁻ no meio: HCO₃⁻ é um reagente. Diminuir sua concentração deslocaria o equilíbrio para a esquerda, diminuindo a formação de CaCO₃.
- D. aumento da temperatura no interior da caverna: Como a reação direta é endotérmica (ΔH > 0), o aumento da temperatura favorece a reação que absorve calor, ou seja, a formação de produtos (CaCO₃). Este fator favorece a formação de carbonato.
- E. aumento da concentração de CO₂ dissolvido: CO₂ é um produto. Aumentar sua concentração deslocaria o equilíbrio para a esquerda, diminuindo a formação de CaCO₃.
Conclusão:
A condição que favorece a formação de carbonato de cálcio (CaCO₃), deslocando o equilíbrio para a direita, é o aumento da temperatura, pois a reação é endotérmica.
Portanto, a alternativa correta é a D.
Dicas
Erros Comuns
Revisão de Conceitos:
- Equilíbrio Químico: Estado em que as velocidades das reações direta e inversa são iguais, e as concentrações de reagentes e produtos permanecem constantes ao longo do tempo. É um estado dinâmico.
- Princípio de Le Chatelier: Quando um sistema em equilíbrio é submetido a uma perturbação externa (mudança de concentração, pressão ou temperatura), o sistema se ajusta para minimizar o efeito dessa perturbação, atingindo um novo estado de equilíbrio.
- Efeito da Concentração: Aumentar a concentração de um reagente ou diminuir a de um produto desloca o equilíbrio para a direita (produtos). Diminuir a concentração de um reagente ou aumentar a de um produto desloca para a esquerda (reagentes). (Nota: Sólidos e líquidos puros não afetam a posição do equilíbrio).
- Efeito da Pressão (para gases): Um aumento na pressão total desloca o equilíbrio para o lado com menor número de moles de gás. Uma diminuição na pressão desloca para o lado com maior número de moles de gás. Se o número de moles de gás for igual em ambos os lados, a pressão não afeta o equilíbrio.
- Efeito da Temperatura: Depende da entalpia da reação (ΔH).
- Reação Endotérmica (ΔH > 0): Absorve calor. O aumento da temperatura favorece a reação direta (desloca para a direita). A diminuição da temperatura favorece a reação inversa.
- Reação Exotérmica (ΔH < 0): Libera calor. O aumento da temperatura favorece a reação inversa (desloca para a esquerda). A diminuição da temperatura favorece a reação direta.
