Calculadora de Quociente de Reação - Calcule Valores Q Gratuitamente

O que é uma calculadora de quociente de reação?

Uma calculadora de quociente de reação encontra o valor de Q, um número que compara a quantidade de produto com a quantidade de reagente em uma reação química em qualquer momento. Ela funciona para reações com até três reagentes e três produtos. Informe o coeficiente estequiométrico (seu número na equação balanceada) e a concentração molar de cada espécie, e a calculadora retorna Q junto com a fórmula e os valores substituídos.

O que é o quociente da reação (Q)?

O quociente de reação é a razão entre as concentrações dos produtos e as concentrações dos reagentes, com cada concentração elevada à potência de seu coeficiente na equação balanceada. Ele pode ser calculado em qualquer ponto durante uma reação, e não apenas no equilíbrio. Comparar Q com a constante de equilíbrio K mostra em que direção a reação está caminhando.

Fórmula do quociente de reação

Para uma reação geral

$aA + bB \rightarrow cC + dD$

o quociente de reação é

$Q = \frac{[C]^c [D]^d}{[A]^a [B]^b}$

Aqui, [A], [B], [C] e [D] são concentrações molares (mol/L), e a, b, c e d são os coeficientes inteiros da equação balanceada. Sólidos puros e líquidos puros ficam de fora da expressão, porque suas concentrações relativas são iguais a 1. Apenas gases e espécies dissolvidas aparecem.

Como calcular o quociente de reação

1. Escreva a equação química balanceada.
2. Anote o coeficiente de cada reagente e produto.
3. Encontre a concentração de cada espécie, em mol/L, no momento de interesse.
4. Eleve cada concentração à potência correspondente ao seu coeficiente.
5. Multiplique os termos dos produtos entre si para o numerador e multiplique os termos dos reagentes entre si para o denominador.
6. Divida o numerador pelo denominador.

Exemplo de cálculo

Considere a reação que forma amônia:

$N_2(g) + 3H_2(g) \rightarrow 2NH_3(g)$

Suponha que as concentrações sejam $[N_2] = 0.5\text{ M}$, $[H_2] = 0.2\text{ M}$ e $[NH_3] = 0.1\text{ M}$.

$Q = \frac{[NH_3]^2}{[N_2]^1[H_2]^3} = \frac{(0.1)^2}{(0.5)(0.2)^3} = \frac{0.01}{0.004} = 2.5$

Q é igual a 2,5 nesse momento da reação.

Q em comparação com a constante de equilíbrio (K)

Q e K usam a mesma fórmula, mas K é o valor que Q assume no equilíbrio, a uma temperatura fixa. Comparar os dois prevê em que sentido uma reação vai se deslocar:

• Q < K: a reação avança no sentido direto, formando mais produto.
• Q = K: a reação está em equilíbrio; as concentrações deixam de mudar.
• Q > K: a reação avança no sentido inverso, formando mais reagente.

Valores zero e indefinidos de Q

Se qualquer concentração de produto for zero, o numerador é zero, então Q é igual a 0 (a menos que a concentração de um reagente também seja zero, caso em que a calculadora mostra ∞). Isso é típico perto do início de uma reação, antes de se formar muito produto.

Se qualquer concentração de reagente for zero, o denominador é zero e Q é matematicamente indefinido. A calculadora sinaliza esse caso com um aviso e mostra o resultado como ∞, já que a razão cresce sem limite à medida que a concentração do reagente se aproxima de zero.

Usos do quociente de reação

Os químicos usam Q para prever em que sentido uma reação vai se deslocar quando as concentrações mudam, uma ideia ligada ao princípio de Le Chatelier: adicionar mais reagente reduz Q abaixo de K, então a reação se desloca no sentido direto até que Q volte a subir até K. Q também aparece na equação de Nernst, $E = E^\circ - \frac{RT}{nF}\ln Q$, que relaciona a tensão de uma célula eletroquímica com as concentrações das espécies envolvidas, e na relação entre a energia livre e a composição da mistura reacional, $\Delta G = \Delta G^\circ + RT\ln Q$.

História

Os químicos noruegueses Cato Guldberg e Peter Waage apresentaram pela primeira vez a lei da ação das massas em 1864, em uma palestra à Academia de Ciências de Christiania (Oslo). A lei relaciona o estado de equilíbrio de uma reação com as quantidades das substâncias que reagem, e levou à constante de equilíbrio K. J. Willard Gibbs mais tarde conectou o equilíbrio químico à energia livre em On the Equilibrium of Heterogeneous Substances (1876 e 1878), o que deu a Q seu lugar na termodinâmica: uma reação avança no sentido que reduz a energia livre do sistema, e Q mede o quanto o sistema está distante do mínimo de energia livre representado por K.

Como usar a calculadora

1. Escolha o número de reagentes (de 1 a 3) e de produtos (de 1 a 3).
2. Para cada espécie, informe seu coeficiente da equação balanceada. Os coeficientes devem ser números inteiros iguais ou maiores que 1.
3. Informe a concentração de cada espécie em mol/L. As concentrações devem ser zero ou um número positivo.
4. Leia o valor de Q, junto com a fórmula e os números substituídos, na seção de resultados.

Perguntas frequentes

Qual é a diferença entre Q e K? Os dois são calculados com a mesma fórmula. Q pode ser encontrado em qualquer ponto de uma reação; K é o valor de Q quando a reação atinge o equilíbrio a uma dada temperatura.

Q pode ser zero? Sim. Se algum produto tiver concentração zero, o numerador da expressão de Q é zero, então Q é zero.

Q pode ser indefinido? Sim. Se algum reagente tiver concentração zero, o denominador é zero, o que torna Q indefinido em termos matemáticos estritos. A calculadora mostra esse caso como ∞ e exibe um aviso.

A temperatura afeta Q? A temperatura não entra diretamente na fórmula de Q, mas altera K e pode alterar as concentrações usadas em Q. Compare Q com um valor de K medido na mesma temperatura.

Sólidos e líquidos aparecem na expressão de Q? Não. Sólidos puros e líquidos puros ficam de fora, porque suas concentrações permanecem constantes durante a reação. Apenas espécies dissolvidas e gasosas são incluídas.

Por que as concentrações são elevadas a uma potência? A potência corresponde ao coeficiente de cada espécie na equação balanceada, seguindo a lei da ação das massas. Na reação 2 A → B, dobrar [A] multiplica o termo do reagente por quatro (2²), refletindo que dois mols de A reagem para cada mol de B formado.

Referências

1. OpenStax. Chemistry 2e, seção 13,2. Equilibrium Constants — Q a partir da equação balanceada, com os coeficientes como expoentes; K ≡ Q no equilíbrio; líquidos e sólidos têm concentração relativa 1 e são omitidos; Q < K avança no sentido direto, Q > K no sentido inverso.
2. OpenStax. Chemistry 2e, seção 17,4. Potential, Free Energy, and Equilibrium — a equação de Nernst, E = E° − (RT/nF) ln Q.
3. OpenStax. Chemistry 2e, seção 16,4. Free Energy — ΔG = ΔG° + RT ln Q.
4. Waage, P. e Guldberg, C. M., trad. H. I. Abrash. Studies Concerning Affinity (hospedado pela University of Notre Dame). Studies Concerning Affinity (PDF) — a primeira apresentação da lei da ação das massas por Guldberg e Waage, em 1864, à Academia de Ciências de Christiania.
5. MacTutor History of Mathematics, University of St Andrews. Josiah Willard Gibbs. Biografia de Gibbs — On the Equilibrium of Heterogeneous Substances, publicado em duas partes em 1876 e 1878.