Princípio de Le Chatelier - O Que Tem Sido Apresentado Em Livros Didáticos

7/26/2019 Princpio de Le Chatelier - O Que Tem Sido Apresentado Em Livros Didticos

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Princpio de Le ChatelierQUMICA NOVA NA ESCOLA Vol. 32, N 2 , MAIO 2010

10Recebido em 15/09/08, aceito em 22/09/09

Renato Canzian e Flavio Antonio Maximiano

Neste trabalho, apresentada uma anlise sobre como os aspectos relacionados ao deslocamento deequilbrios qumicos so apresentados em livros didticos do Ensino Mdio do Brasil. Nesses casos, o Princpiode Le Chatelier apresenta um papel fundamental na predio qualitativa da evoluo do sistema, e a anlise decomo esse princpio est formulado nos livros indicou que estes o apresentam com um carter indutivo, vago,ambguo, universal, sem fundamentao terica e sem mostrar suas limitaes, o que pode transmitir ao alunoa ideia de que se trata de um princpio infalvel ou uma verdade absoluta.

equilbrio qumico, Princpio de Le Chatelier, livro didtico

Princpio de Le Chatelier

O Que Tem Sido Apresentado em Livros Didticos?

Um dos aspectos maisrelevantes do estudode equilbrio qumico a considerao dosfatores relacionadoscom as alteraes

que podem sofrer umsistema em equilbriodevido s mudanas

das propriedades que odefinem.

Otema equilbrio qumico umdos assuntos mais difceise exigentes para alunos doEnsino Mdio ou de cursos introdu-trios de qumica no Ensino Superior

(Wilson, 1998). Trata-se de um temade natureza abstrata que demandao domnio de um grande nmerode conceitos subordinados (Qulez-Pardo e Solaz-Portoles, 1995a) como,por exemplo, uma clara compreensode como as reaes qumicas sepassam em nvel molecular (Maskille Cachapuz, 1989). de se destacar,tambm, a importncia desse temapara o estudo de outros aspectosda Qumica como comportamento

cido-base, reaes de oxirreduo ede precipitao. Sendo assim, faz-senecessrio conhecer as dificuldadesde aprendizagem e os erros conceitu-ais relacionados bem como suas pos-sveis origens (Qulez-Pardo e cols.,1993). Vrios trabalhos e revises tmapontado dificuldades e erros concei-tuais relacionados ao tema equilbrioqumico como: o problema de ana-logias utilizadas por professores epor livros didticos (Raviolo e Garritz,2008); as dificuldades relacionadas

resoluo de problemas devido faltade um correto controle das variveisenvolvidas; a adoo de estratgiasdidticas incorretas; o emprego deum raciocnio linear e sequencial; as

dificuldades quanto linguagem empre-gada (Qulez-Pardo,1997a; 1997b); asd i f i cu ldades emcompreender a na-tureza dinmica doequilbrio qumico;a incorreta aplica-o do Princpio deLe Chatelier ou suaaplicao em situa-

es que conduzama previses incorre-tas; as dificuldades em aplicar esseprincpio em situaes de mudanade temperatura; e as dificuldadesem considerar todos os fatores queafetam o estado de equilbrio (Barker,2001; Raviolo e Martnez-Aznar, 2003).

Um dos aspectos mais relevantesdo estudo de equilbrio qumico aconsiderao dos fatores relaciona-dos com as alteraes que podemsofrer um sistema em equilbrio de-

vido s mudanas das propriedadesque o definem, geralmente referidasnos livros-textos como deslocamen-tos do equilbrio. Os Parmetros Cur-riculares Nacionais (PCN) sugerem

que os alunos devemidentificar as vari-veis que perturbamo estado de equilbrioqumico e avaliar asconsequncias de semodificar a dinmicado sistema em equi-lbrio (Brasil, 2002).Para atingir essesobjetivos, o Princ-pio de Le Chatelier

tem sido a principalferramenta utilizadano ensino, apresentando um papelfundamental na predio qualitati-va da evoluo de um sistema emequilbrio a partir de alteraes naspropriedades deste.

Breve histrico sobre o Princpio de Le

Chatelier

O Princpio de Le Chatelier, tam-bm conhecido como Princpio deLe Chatelier-Braun, cujo enunciado


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apresentado a seguir, foi formuladopelo qumico francs Henri Louis LeChatelier em 1884 (Qulez-Pardo eSolaz-Portoles, 1995b):

Todo sistema em equilbrioqumico estvel submetido influncia de uma causa ex-terna que tenda a fazer variar,seja sua temperatura, seja seuestado de condensao (pres-so, concentrao, nmerode molculas numa unidadede volume), em sua totalidadeou somente em algumas desuas partes, sofre apenas mo-dificaes internas, as quaisse ocorressem isoladamente,acarretariam modificao detemperatura ou de estado decondensao de sinal contr-

rio quela resultante da aoexterior. (Le Chatelier, 1884,p. 187)1

Na formulao desse princpio,Le Chatelier se baseou nos trabalhosde J. H. vant Hoff e nas ideias de G.Lippmann a respeito dos fenmenosrecprocos (Gold e Gold, 1984; Trep-tow, 1980). Ao estudar a evoluode sistemas em equilbrio devido aalteraes de temperatura, vant Hoff(1984) enunciou uma lei conhecida

como princpio do equilbrio mvelque afirma que: uma diminuio detemperatura, a volume constante,desloca um equilbrio qumico paraa fo rmao do sistema que de-senvolve calor (p. 161). Lippmann(apudQulez-Pardo, 1995), baseadono princpio de Lenzque expressava areciprocidade entrefenmenos eltricos(a fora eletromo-

tiz se transforma deforma reversvel emfora magntica, me-cnica etc.), propsum princpio geralno qual afirma: osentido no qual ocorre um fenmeno sempre tal que o fenmeno rec-proco tende a se opor produo dofenmeno primitivo (p. 587). Assim,baseado nessas ideias, Le Chateliergeneralizou a lei de vant Hoff paramudanas em variveis de condensa-

o, ou seja, presso e concentrao(Qulez-Pardo, 1995).

Quatro anos mais tarde, em 1888,Le Chatelier apresenta uma segundaformulao, classificado pelo autorcomo uma lei puramente experimen-tal, de uma forma mais breve, simplese generalizada e o denomina com o

nome de lei de oposio da reao ao (Qulez-Pardo, 1995; Qulez-Pardo e Solaz-Portoles, 1995b):

Todo sistema em equilbrioexperimenta, devido variaode apenas um dos fatores doequilbrio, uma variao em umsentido tal que, se ocorresseisoladamente, levaria a umavariao de sentido contrrioao fator considerado. (Le Cha-telierapudQulez-Pardo, 1995,

p. 588)Nesse trabalho,

Le Chatelier (apudQulez-Pardo, 1995)prope uma anlisepara cada uma dasdiferentes proprie-dades de um sis-tema em equilbrio(temperatura, foraeletromotriz, pressoe concentrao), apresentando um

enunciado para cada caso como,por exemplo, o aumento da pressode todo um sistema em equilbrioocasiona uma transformao quetende a diminuir a presso(p. 588). essa formulao e suas variantes,caracterizada por uma aparente

simplicidade, sema necessidade dequalquer tratamentomatemtico base-ado nos princpios

da termodinmica,que provocou umgrande impacto naQumica do final dosculo XIX devido possibilidade de ser

aplicada em numerosas situaes.Essas caractersticas tornaram esseprincpio extremamente popular noensino at os dias atuais (Qulez-Pardo e cols., 1993).

Em seu livro Leons sur le carboneet lois chimique,publicado em sua

primeira edio em 1908, Le Chatelier(1926) reapresenta sua segunda for-mulao com o seguinte texto:

A modificao de algumascondies que podem influirsobre um estado de equilbrioqumico de um sistema, provo-ca uma reao em um sentidotal que tenda a produzir umavariao de sentido contrrio condio externa modificada.(p. 350)

Novamente segue nesse trabalhoum enunciado geral para variaesde temperatura, presso e, de manei-ra paralela aos resultados anteriores,generaliza sua lei para variaesde massa (Qulez-Pardo e Solaz-Portoles, 1995b). Vinte e cinco anosmais tarde, em 1933, Le Chatelierreconheceu que havia cometido um

erro no enunciado dalei de deslocamen-to do equilbrio qu-mico ao considerarque os aumentos daconcentrao e damassa eram sempreparalelos e, diante devrias crticas que atento se sucederam,

afirma que o primeiro enunciado

de 1884, que cita textualmente osfatores temperatura, presso e con-centrao, era exato enquanto que osegundo de 1888 era inexato (Qulez-Pardo, 1995).

Problemas e limitaes quanto ao uso

exclusivo do Princpio de Le Chatelier

Vrios trabalhos tm discutido aslimitaes do emprego do Princpiode Le Chatelier, enfatizando quemuitos cientistas possuem a ideia

errnea de que esse princpio ver-dadeiro no sentido de expressar umalei fundamental da natureza, cujavalidade no poderia ser questionada(de Heer, 1957; Treptow, 1980; Qulez-Pardo e Sanjos-Lopez, 1995).

Um exemplo de limitao doemprego desse princpio pode serconsiderado para o equilbrio qumicomais utilizado em livros didticos: oda produo da amnia (N2(g) + 3H2(g) 2 NH3(g)). Considerandoo equilbrio para gases ideais, pode-

Os PCN sugerem que osalunos devem identificar

as variveis que perturbamo estado de equilbrio

qumico e avaliar asconsequncias de se

modificar a dinmica dosistema em equilbrio.

O foco deste trabalho estparticularmente centrado

em descrever como oPrincpio de Le Chatelier formulado e discutido emlivros didticos brasileiros

para o Ensino Mdio.


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mos perguntar qual dos dois sentidosda reao favorecido se a forma-o de produtos ou de reagentes aoadicionarmos mais gs nitrognio mistura gasosa em equilbrio. Umaaplicao direta do princpio levaria resposta de que ocorreria umaalterao no estado de equilbrio no

sentido de formao de mais amnia,uma vez que o sistema em equilbriodeve consumir nitrognio, produzin-do mais amnia a fim de promoveruma modificao de condensao(concentrao) de sinal contrrioquela resultante da ao exterior(conforme a primeira formulao doprincpio Le Chatelier, 1884, p. 187).No entanto, isso s verdadeiro seconsiderarmos que a adio foi feitaa temperatura e volume constantes(Katz, 1961; Levine, 1988). Se, poroutro lado, a adio for feita a tem-peratura e presso total constantes,a adio de certa quantidade denitrognio promove o aumento dapresso parcial desse gs que deveser instantaneamente acompanhadopor um aumento do volume do siste-ma, caso contrrio, a presso totalno permanecer constante (lei daspresses parciais de Dalton). Nessecaso, no possvel predizer se,como resposta perturbao, haver

formao de reagentes ou produtospor meio de uma simples anlise qua-litativa baseada naaplicao direta doPrincpio de Le Cha-telier, pois o aumentoda presso parcialdo N2 (reagente) acompanhado peladiminuio das pres-ses parciais de H2(reagente) e de NH3

(produto). Se, poroutro lado, racioci-narmos em termosde concentraes(propriedade literalmente expressana primeira formulao do princpio),veremos que o aumento do volumetambm provoca ao mesmo tempo adiminuio das concentraes de H2(reagente) e NH3(produto). Portanto,a simples aplicao Princpio de LeChatelier apresenta uma ambiguida-de j que, nesse caso, as variaes

das presses parciais (ou concentra-es) dos reagentes N2e H2levam apredies opostas (Quilez-Pardo ecols., 1993; Allsop e George, 1984). Oprincpio em si, na forma como apre-sentado nas diferentes formulaesacima citadas, no permite predizero comportamento desse sistema

frente alterao a que foi submetido(Cheung, 2004).O tratamento correto dessa ques-

to exige uma abordagem termo-dinmica rigorosa (de Heer, 1957;Qulez-Pardo e Solaz-Portoles, 1996)ou a comparao da expresso docociente de reao, Q

c, com a ex-

presso da constante de equilbrio,K

c, (Katz, 1961; Cheung, 2004; 2009),

uma vez que, no equilbrio:

(1)

onde V o volume eni a quantidade

de matria em nmero de mols decada componente.

Assim, aps a introduo de N2, anova posio do equilbrio dependerda razo V2/nN2presente na expressode Q

c. Se o novo valor da razo V2/nN2

for maior que o valor da razo original

na expresso de Kc, ento Qc> Kcehaver a formao de mais reagen-

tes, caso contrrioser favorecida a re-ao de formaode amnia (Cheung,2004; 2009).2

Particularmentereferindo-se ao em-prego desse princ-pio no Ensino Mdio,alguns estudos da

dcada de 1990 con-tinuaram abordandooutras situaes emque ele se encontra

limitado, podendo gerar, nesses ca-sos, erros conceituais significativos.Alguns desses exemplos aparecemna adio de slidos e variao depresso, ambos em equilbrios hete-rogneos, e adio de gs inerte a umsistema homogneo gasoso (Qulez-Pardo e Sanjos-Lopez, 1995).

No caso da adio de um rea-

gente slido em um equilbrio hete-rogneo, como no da decomposiode um slido em produtos gasosos(NH4Cl(s) NH3(g) + HCl(g)) oudo equilbrio de solubilidade de umslido inico (AgCl(s) Ag+(aq) +Cl-(aq)), a aplicao mecnica doPrincpio de Le Chatelier pode levar o

aluno a responder que o aumento daquantidade de slido leva ao aumentoda quantidade dos produtos gasososou da concentrao dos ons dissolvi-dos devido ao consumo de parte doslido adicionado.

Considerando a adio de umgs inerte em um sistema gasosohomogneo, a volume e temperatu-ra constantes, o estudante poderiautilizar erroneamente o Princpio deLe Chatelier, mencionando que apresso total aumentaria e o estadode equilbrio seria alterado no sentidode favorecer a reao que produz ummenor volume (ou menor nmero departculas). Entretanto, nesse caso,as presses parciais dos gases per-manecem inalteradas e, consequen-temente, o equilbrio no ser afetado(Qulez-Pardo, 1997b; Katz, 1961).

A crena de que o Princpio deLe Chatelier uma regra segura einfalvel tambm verificada em pro-fessores de Qumica. De acordo com

os PCN (Brasil, 1999), uma formaouniversitria deficiente de alguns do-centes origina crenas em algumasverdades cientficas da Qumica taiscomo a regra do octeto, o Princpiode Le Chatelier e a chamada reaode dupla troca, contribuindo paraum carter de verdade absoluta einfalvel da Cincia.

Alternativas ao uso do Princpio de Le

Chatelier

Com os questionamentos davalidade geral do Princpio de LeChatelier, suas limitaes (de Heer,1957; Treptow, 1980; Gold e Gold,1984) e os problemas decorrentes desua aplicao no ensino de qumica,que muitas vezes se sobrepe a umcorreto e completo entendimento,por parte de alunos e professores,dos fenmenos que envolvem umequilbrio qumico (Qulez-Pardo,1997a; 1998; Qulez-Pardo e cols.,1993), vrios autores tm procurado

Buscamos compararas formulaes do

princpio de Le Chatelierapresentadas nos livros eidentificar a estrutura delinguagem utilizada paraa descrio do princpioe a sua relao com uma

das diferentes formulaespropostas pelo prprio Le

Chatelier.


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alternativas ao ensino desse princpio(de Heer, 1957; Katz, 1961; Allsop eGeorge, 1984; Qulez-Pardo e Solaz-Portoles, 1996; Casagaratna, 2003;Cheung, 2004).

De Heer (1957), por exemplo, su-gere que para cursos elementares oprincpio seja substitudo por algumas

poucas regras qualitativas, como asdo equilbrio mvel descritas por vantHoff (1884) como, por exemplo: umaumento na temperatura promove umdeslocamento no equilbrio na direode absoro de calor, ou seja, favore-ce a reao endotrmica(p. 161).Avantagem, segundo o autor, de queregras desse tipo tm uma aplicaomais limitada e menos ambiciosa,pois no buscam uma generalizaoto ampla, permitem uma nica inter-pretao e podem ser justificadas,em cursos mais avanados, pelosprincpios da termodinmica (deHeer, 1957). No entanto, alm de citaras regras de vantHoff para variaode temperatura e depresso, provocadapor mudanas de vo-lume em um sistemagasoso a temperatu-ra constante, o autorno chega a formular

quais seriam essasregras e em quais casos devem serestudados em cada nvel de ensino.A adoo dessa estratgia exige,portanto, a seleo dos casos dealteraes do estado de equilbrioqumico a serem estudados e a for-mulao de regras bem claras, comvariveis bem delimitadas e com po-der preditivo apenas para o estudo decada um desses casos especficos. til tambm se perguntar se a adoo

dessa estratgia no pode incorrer noincentivo memorizao de regras eo uso de algoritmos para resolver pro-blemas sem que o aluno compreendao fenmeno de maneira satisfatria,uma vez que as regras teriam que serapresentadas como sendo obtidas deforma indutiva por meio da generali-zao de resultados de problemassemelhantes. Vale lembrar que oPrincpio de Le Chatelier inclui em suaformulao comumente apresentadauma explicao (hiptese), pois, se-

gundo Le Chatelier (1926), trata-sede uma reao (do sistema) em umsentido tal que tenda a produzir umavariao de sentido contrrio con-dio externa modificada (p. 350).Regras qualitativas como a expostapor vant Hoff compreendem apenasuma generalizao restrita com poder

preditivo, mas sem poder explicativo.Algumas propostas defendem umuso mais intensivo da expresso ma-temtica da lei do equilbrio, ou seja,o uso da expresso matemtica de Ke sua comparao com o quocientede reao, Q, definido, da mesmaforma que K, como o produto dasconcentraes de produtos divididopelo produto das concentraesde reagentes, sendo as concentra-es elevadas a seus coeficientesestequiomtricos e descrito para osistema aps a alterao de algumdos parmetros do equilbrio (Katz,1961; Allsop e George, 1984; Cheung,

2004). Assim, se Q= K, o sistema estem equil brio e aao efetuada nopromoveu nenhumaalterao do estadode equilbrio (casoda adio de um gsinerte em um equil-

brio gasoso a tem-peratura e volume constantes), se Q< K, ser favorecida a formao deprodutos e, se Q > K, ser favorecidaa formao de reagentes (Cheung,2004). Allsop e George (1984) usama lei do equilbrio para resolver pro-blemas qualitativos que envolvem:mudanas nas concentraes dasespcies a volume constante; mudan-as da presso externa; mudanasde volume; adio de gs inerte e adi-

o de espcies em equilbrio gasosoa presso e temperatura constantes,atravs de uma abordagem simplese possvel de ser aplicada no EnsinoMdio. No caso de mudanas nasconcentraes a volume constante,os autores chamam a ateno parao fato de que tanto as concentraesde reagentes quanto as de produtossero maiores que as presentes antesda adio de qualquer um dos cons-tituintes, fato claramente observadopela equao de K e pouco com-

preendido pelos alunos que tendema pensar que, em um equilbrio dotipo A + B C, a adio de Cpromove a formao de reagentesde maneira que, no novo estado deequilbrio, haver mais A e B e menosC (Allsop e George, 1984; Raviolo eMartnez-Aznar, 2003).

Cheung (2004; 2009) prope amesma abordagem e lembra que no necessrio calcular o valor exato deQ para se fazer qualquer previso,de maneira que no so exigidosclculos e sim um entendimentomais profundo da lei de equilbrio edas variveis nela relacionadas, taiscomo: concentrao, quantidade dematria, presso, presso parcialetc. Este chega a declarar que oensino do Princpio de Le Chatelierna Educao Bsica no se justificaquer seja por sua significncia, ouseja, como tpico essencial para oestudo do tema equilbrio qumico,quer seja por sua validade entendidaaqui como preciso3.

Quanto ao efeito da variao datemperatura, a maioria dos trabalhosaponta como caminho o uso da regrade vant Hoff, quer seja essa expres-sa como um enunciado qualitativo,como exposto anteriormente (deHeer, 1957), ou como um enunciado

quantitativo do tipo (Allsop e George,1984; Cheung, 2004):

ln K = (-H/RT) + constante

Outros trabalhos apresentamabordagens que s podem ser utili-zadas com alunos de nvel superior.Dentre estas, h as que defendemo uso da equao de K(Katz, 1961)ou uma abordagem baseada nosprincpios da Termodinmica (afini-

dade, grau de avano da reao,variao de energia livre, potencialqumico etc.) para alunos de cursomais avanados de fsico-qumica(Casagaratna, 2003; Qulez-Pardo eSolaz-Portoles, 1996; Kemp, 1987;Torres, 2007).

Mesmo diante de tantas crticasao Princpio de Le Chatelier, h umafalta de trabalhos na literatura queprocurem verificar a eficincia daspropostas acima apresentadas.Qulez-Pardo (1997b) props e testou

Todos os livros analisadosapresentam o Princpio deLe Chatelier como regraqualitativa para preverpossveis alteraes emum sistema em equilbrio

qumico.


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um mtodo alternativo de ensino ba-seado no uso exclusivo da equaode K, dando nfase no controle dasvariveis envolvidas nos diferentessistemas estudados. O mtodo foiaplicado a alunos espanhis docurso equivalente ao ltimo ano doEnsino Mdio brasileiro, e um teste

padro para identificar concepesalternativas relacionadas ao uso in-correto do Princpio de Le Chatelierfoi aplicado, aps a instruo, nogrupo experimental e em um grupocontrole que aprendeu a prever mu-danas de estado de equilbrio peloprincpio. Os resultados obtidos doteste mostraram um desempenhosuperior do grupo experimental comrelao ao grupo controle. O autorsugere por fim, que se evite o ensinodo princpio na Educao Bsica eque sua formulao, de um modoquantitativo e restritivo, seja apresen-tada apenas em cursos superiores dequmica como um teorema derivadodos princpios da termodinmica(Qulez-Pardo, 1997b).

Objetivos

Considerando que os livros did-ticos so importantes instrumentosde homogeneizao de conceitos,contedos e metodologias educacio-

nais, pretende-se analisar como osconceitos envolvidos nas alteraesno estado de equilbrio qumico soapresentados em livros didticosbrasileiros para o Ensino Mdio. Ofoco deste trabalho est particular-mente centrado em descrever como oPrincpio de Le Chatelier formuladoe discutido nesses livros, tendo em

vista que esse princpio a principalferramenta utilizada para a previsodo comportamento de sistemas emequilbrio (Qulez-Pardo e cols., 1993;Qulez-Pardo 1997a). Assim, pre-tende-se: verificar como o princpioest formulado nos livros didticos;estabelecer quais so as variveis

discutidas quando se apresenta aspossveis alteraes que podemocorrer no estado de equilbrio qu-mico e que podem levar a uma maiorproduo de reagentes ou produtos;e verificar se existem alternativas aoPrincpio de Le Chatelier para prevere explicar essas alteraes.

Aspectos metodolgicos

A escolha dos livros analisadosneste trabalho se baseou no fatode serem materiais muito utilizadosnas escolas de Ensino Mdio e nadisponibilidade destes para a nossaanlise. Ao longo deste trabalho, como objetivo de facilitar a identificaodesses livros, utilizaremos as iniciaisdos autores como siglas. Os oitolivros escolhidos e suas respectivassiglas so apresentados na Tabela 1.

Considerando que o principalobjetivo a compreenso integraldos conceitos relacionados mu-dana de um estado de equilbrio

qumico, os critrios de anlise estofundamentados sobre como os livrostrabalham esses conceitos. Assim, otrabalho consistiu em comparar asformulaes do princpio apresenta-das nos diferentes livros e identificara estrutura de linguagem utilizadapara a descrio do princpio e a suarelao com uma das diferentes for-

mulaes propostas pelo prprio LeChatelier. Alm disso, foram tambmverificadas quais so as variveisapresentadas no livro que provocamalteraes nos estados de equilbrioqumico, se os livros apresentamsituaes em que o princpio nopoderia ser aplicado ou se h alguma

alternativa, como o uso da constantede equilbrio, para prever possveisalteraes provocadas pela mudanade alguma varivel. Vale aqui ressaltarque no foram aqui analisados oscaptulos a respeito de equilbrios deionizao (cido-base), pH, tampoe hidrlise salina. Ou seja, os equi-lbrios em soluo aquosa ficaramrestritos apenas ao caso do produtode solubilidade quando se discute osequilbrios heterogneos.

As questes que guiaram estetrabalho foram: Como o Princpio deLe Chatelier est descrito no livro?Essa descrio corresponde a qualdas formulaes originais? Quais asvariveis apresentadas para a dis-cusso de alteraes do estado deequilbrio qumico? O livro apresentaoutros mtodos para se prever asalteraes que podem ocorrer em umsistema em equilbrio qumico?

Resultados e discusso

Todos os livros analisados apre-sentam o Princpio de Le Chateliercomo regra qualitativa para preverpossveis alteraes em um sistemaem equilbrio qumico. Na Tabela 2,so apresentados todos os enuncia-dos do princpio tais como aparecemem cada um dos livros. Em geral,estes se apresentam destacados

Tabela 1: Livros didticos analisados.

No

LIVRO DIDTICO SIGLA1 Qumica volume nico, de Vera Novais (Atual, 1996) VN

2 Qumica Srie Brasil volume nico, de Antnio Sardella e Marly Falcone (tica, 2004) SF

3 Qumica e Sociedade volume nico, vrios autores (Nova Gerao, 2005) PEQUIS

4 Interaes e Transformaes II: livro do aluno, vrios autores GEPEQ (Edusp, 3. ed., 2001) GEPEQ

5Qumica na abordagem do cotidiano volume 2, de Francisco Miragaia Peruzzo (Tito) eEduardo Leite do Canto (Moderna, 2006)

TC

6Qumica para o Ensino Mdio volume nico, de Eduardo Fleury Mortimer eAndra Horta Machado (Scipione, 2003)

MM

7 Qumica volume 2, de Ricardo Feltre (Moderna, 2004) RF

8 Qumica volume 2, de Joo Usberco e Edgard Salvador (Saraiva, 2006) US


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do texto, mas a nica exceo olivro GEPEQ, no qual o princpio apresentado no corpo do texto quecompe a concluso do captulo a

respeito de alteraes no estado deequilbrio.

Pode-se afirmar que todos osenunciados so adaptaes da for-mulao de Ostwald (apudQulez-Pardo e Sanjos-Lopez, 1996), publi-cado em 1904 em seu livro Elmentsde chimie inorganique, que afirma:Se um sistema em equilbrio sub-metido a uma perturbao, por meioda qual o equilbrio seja perturbado,uma mudana ocorrer, se possvel,

que anule parcialmente a alterao4

.Essa formulao foi elaborada combase no enunciado mais simplese geral presente no Leons dur lecarbone e equivalente tambm formulao de 1888, que Le Chatelierreconheceria mais tarde ser inexata(Qulez-Pardo, 1995). Mesmo oslivros que no mencionam a data doprincpio ao longo do texto (RF, TC,PEQUIS) apresentam essa versomais geral. O nico livro que men-ciona o princpio com a data de 1884

(US) no descreve fielmente o que LeChatelier escreveu naquele ano, quecorresponde primeira formulao,mais extensa e elaborada que a publi-

cada em 1888. O livro GEPEQ apontacomo data da publicao do princpioo ano de 1899, o que no correspon-de s datas dos originais citados emrevises da literatura (Qulez-Pardo eSanjos-Lopez, 1995b).

Como no enunciado de Ostwald,a maioria dos autores prefere utilizaro termo perturbao (cinco livros)para se referir mudana de umavarivel no sistema em equilbrio econclui que ocorre um deslocamen-

to (quatro livros) ou alterao (doislivros) no sistema com o objetivo deminimizar, reduzir ou diminuir(seis livros) ou ainda neutralizaressa nova perturbao ou altera-o. Pode-se, ento, considerar queas formulaes apresentadas noslivros VN, SF, PEQUIS, TC e MM soequivalentes.

Os enunciados de outros dois au-tores (RF, US) seguem uma estruturamuito semelhante com a diferenade se referirem a um fator externo

(RF) ou a uma fora (US) em vezdo termo perturbao. O termofator externo, embora mais prximodo termo causa externa utilizado

na primeira formulao original, ainda mais ambguo e vago, poisno define quais so esses fatores emuito menos sua relao com as pro-priedades do sistema em equilbrio,que devem ser considerados. J otermo fora sugere paralelos comfenmenos fsicos. Uma das crticasnormalmente feitas s formulaesdo Princpio de Le Chatelier o fatode ser muitas vezes relacionadocom o princpio de ao e reao da

mecnica (Qulez-Pardo e Sanjos-Lopes, 1995), e uma das concepesalternativas encontradas a respeito doequilbrio qumico justamente a di-ficuldade que os alunos apresentamem diferenciar sistemas qumicos desistemas fsicos, ou seja, muitos nodistinguem entre o conceito de equi-lbrio esttico mecnico (equilbriode foras) e o de equilbrio qumicoque dinmico em sua natureza(Raviolo e Matinez-Aznar, 2003). Umaanlise da formulao do princpio em

Tabela 2: Enunciados correspondentes formulao do Princpio de Le Chatelier presentes nos livros didticos.

LIVRO ENUNCIADOData de formulao

do princpio*

VNSe um sistema em equilbrio for submetido a uma perturbao, haver um deslocamento nesseequilbrio no sentido de minimizar o efeito da mudana. (p. 397)

No menciona

SFQuando um sistema em equilbrio sofrer algum tipo de perturbao externa, ele se deslocarpara minimizar essa perturbao, a fim de atingir novamente uma situao de equilbrio. (p. 312) No menciona

PEQUISQuando uma perturbao externa imposta a um sistema qumico em equilbrio, esse equilbrioir se deslocar de forma a minimizar tal perturbao. (p. 483)

1888

GEPEQ

Quando uma perturbao imposta a uma transformao em equilbrio, este rompido por umcurto espao de tempo, estabelecendo-se a seguir novo estado de equilbrio. Como resposta perturbao, ocorrer a formao ou de maior quantidade de produtos ou de maior quantidadede reagentes, estabelecendo-se um outro estado de equilbrio. Nessa nova situao de equilbrio,a concentrao do produto poder ser maior ou menor, dependendo da perturbao imposta.Essa generalizao, proposta em 1899, conhecida como Princpio de Le Chatelier... (p. 136)

1899

TC Se uma perturbao aplicada a um sistema em equilbrio, o equilbrio ir se alterar para reduziro efeito da perturbao. (p. 453)

1888

MMSe um sistema est em equilbrio e alguma alterao feita em qualquer das condies de equi-lbrio, o sistema reage de forma a neutralizar ao mximo a alterao introduzida. (p. 324) No menciona

RF Quanto um fator externo age sobre um sistema em equilbrio, este se desloca, procurando mini-mizar a ao do fator aplicado. (p. 202)

1888

USQuando se aplica uma fora em um sistema em equilbrio, ele tende a se reajustar no sentido dediminuir os efeitos dessa fora. (p. 368)

1884

*Conforme mencionado no livro didtico.


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livros de Qumica pr-universitriose universitrios espanhis tambmapresentou resultados semelhantes(Qulez-Pardo e cols., 1993).

Um nico livro se destaca pelofato de no enunciar o Princpio de LeChatelier como os demais (GEPEQ),embora tambm use o termo pertur-

bao (Tabela 2). O relevante nessecaso que o texto explica que seestabelece um novo estado de equil-brio caracterizado pela mudana dasquantidades de produtos e reagen-tes. Embora tambm semelhante aoenunciado de Ostwald, nesse casose procura explicar quimicamente oque ocorre: quando uma perturbao imposta a uma transformao emequilbrio, este rompido por um curtoespao de tempo, estabelecendo-sea seguir um novo estado de equilbrio(p. 136). tambm positivo o fato deo texto relacionar as diferenas entreos estados de equilbrio com as dife-renas de concentrao de reagentese produto. Entretanto, a afirmao deque o equilbrio rompido por umcurto espao de tempopode levaro estudante a pensar que uma trans-formao qumica necessariamenteatinge o equilbrio rapidamente ouat mesmo de forma instantnea.Vale destacar que essa pode ser uma

boa oportunidade para o professordiscutir a diferena entre aspectosrelacionados a espontaneidade ecintica de uma reao qumicacomo, por exemplo, a necessidadede se usar catalisadores em certosprocessos qumicos.

Outro aspecto digno de nota de que uma leitura mais atenta formulao do princpio, presente nolivro de Ostwald (apudQulez-Pardoe Sanjos-Lopez, 1996), apresenta

o condicionante: se um sistema emequilbrio submetido a uma pertur-bao, por meio da qual o equilbrio perturbado.... J no enunciado de LeChatelier de 1908 (apudQulez-Pardoe Sanjos-Lopes, 1996), l-se: A mo-dificao de alguma das condiesque podem influir sobre o estado deequilbrio...(p. 382). Embora possamser criticados como vagos e amb-guos (de Heer, 1957), esses enuncia-dos permitem a concluso que nemtoda a perturbao em um sistema

levaria a uma perturbao no estadode equilbrio. Isso o que aconteceno caso da adio de um gs inertea um sistema gasoso a volume cons-tante. Nesse caso, h uma perturba-o no sistema: a presso total, umade suas propriedades, aumenta, maspode ser facilmente demonstrado

que as presses parciais dos gasesparticipantes na transformao ousuas concentraes, j que o volumese mantm constante, no so altera-das, e o equilbrio qumico no afe-tado pela perturbao (Katz, 1961).Nas formulaes apresentadas noslivros didticos, esse condicionantedesaparece (Tabela 2). Embora issopossa retirar alguma ambiguidadedo princpio, leva a crer que este setrata de uma lei natural universal einfalvel, j que noh qualquer condi-o que restrinja suaaplicao.

De todo o expos-to, pde-se verificarque os livros didti-cos, em geral, apre-sentam os enuncia-dos do Princpio deLe Chatelier de forma geral e concisa,utilizando termos de carter vago esimplificado (de Heer, 1957; Qulez-

Pardo, 1997a). Esses termos geraise vagos podem conduzir os alunosa predizerem mudanas incorretasem um determinado sistema emequilbrio, aplicando o Princpio deLe Chatelier de maneira mecnica.Alm disso, essa aplicao mecnicano exige um completo entendimentodas caractersticas que compem oestado de equilbrio qumico, o quepode promover uma falsa sensaode entendimento, j que a aplicao

do princpio parece funcionar deforma lgica.Tendo em vista que vrios tra-

balhos tm apontado como umadas concepes alternativas cons-tantemente encontradas em alunos aquela da compartimentalizaodo equilbrio, ou seja, muitos estu-dantes consideram que reagentes eprodutos ocupam certas partes dosistema (Raviolo e Martnez-Aznar,2003), procurou-se verificar em quaislivros aparecem os termos desloca

para a direita e desloca para aesquerda, expresses que podemoriginar tais concepes alternativas.Metade dos livros continua utilizandoessa nomenclatura (RF, TC, SF, US).Um nico livro preferiu utilizar os ter-mos: sentido 1 e sentido 2, o quetambm pode originar problemas de

aprendizado. Apenas trs livros (PE-QUIS, GEPEQ e MM) utilizam termoscom significado qumico mais precisoe, portanto, cientificamente rigoro-sos, referindo-se ao deslocamentono sentido de formar produtos ouformar reagentes. No entanto, valeaqui ressaltar que o uso de termoscientificamente mais rigorosos podeser uma condio necessria, masno suficiente para o correto enten-dimento do fenmeno. Se o aluno

tiver a concepo decompartimentaliza-o, pode ainda pen-sar que reagentese produtos ocupamcompartimentos dis-tintos. importanteque os professoresconsiderem essapossibilidade e seria

importante que os livros didticosressaltassem o significado correto douso desses termos. O que significa

deixar claro, por exemplo, que o des-locamento do equilbrio qumico nosentido de formar produtos significaque a quantidade em mol de produtosdeve aumentar.

Foi analisado tambm se soapresentadas algumas das limitaes aplicao literal do Princpio de LeChatelier por meio de exemplos espe-cficos ou de casos mais gerais (Katz,1961). Nenhum dos livros afirma, nomomento exato em que apresenta

o princpio, que este no deve seraplicado diretamente em determina-das situaes ou que podem existirdeterminadas condies nas quaisessa generalizao no vlida, mui-to menos apresenta exemplos comoanteriormente citados.

Apenas em um dos livros (RF) dito claramente, em um captuloposterior no qual so discutidosequilbrios heterogneos, que existemlimitaes na aplicao do Princpiode Le Chatelier. No entanto, parece

Pde-se verificar que oslivros didticos, em geral,apresentam os enunciadosdo Princpio de Le Chatelierde forma geral e concisa,

utilizando termos decarter vago e simplificado.


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deixar a impresso de que essaslimitaes no abalam o status doprincpio. A transcrio dessa ob-servao a seguinte: O Princpiode Le Chatelier, visto na pgina 202,continua valendo para os equilbriosheterogneos, embora com certasressalvas, que discutiremos a se-

guir (p. 262). Ao analisar o caso deum equilbrio qumico heterogneoenvolvendo gases e tendo em vistaque a presso tem uma influnciadesprezvel sobre slidos e lquidos,afirma: [...]ao aplicar o Princpio deLe Chatelier em um sistema hetero-gneo, devemos considerar apenasa presena das substncias gasosas,empregando ento o que foi visto pgina 205(p. 263). A seguir, afirmadiretamente que a adio ou remoode um slido que participa de umequilbrio qumico no altera este.

Outro livro (TC), ao discutir equi-lbrios heterogneos gasosos envol-vendo a presena de slidos, diz: Nocaptulo 27 discutimos o princpio querege os deslocamentos de equilbrio,chamado Princpio de Le Chatelier. Va-mos agora discutir sua aplicao aossistemas heterogneos(p. 533). Emseguida, os autores concluem quea adio ou retirada de participanteslido no desloca um equilbrio (p.

533), uma vez que a adio de umslidono altera sua concentraoem mol/L [...] e assim o equilbriono deslocado (p. 533). Com essaabordagem, o Princpio de Le Chate-lier consegue justificar que a adiode um slido no afeta um equilbrioheterogneo j que a concentraodo slido no afetada. O livro UStambm explica que a concentra-o de um slido constante e nodepende de sua quantidade (p. 369)

e afirma, ao discutir a variao depresso em equilbrios heterogneos,que as concentraes molares dosslidos [...]no so afetadas por va-riaes de presso por serem incom-pressveis (p. 371). Outro autor (SF)no discute extensivamente o casode um equilbrio heterogneo gaso-so, mas simplesmente afirma em umquadro de observaes que a adioou remoo de uma parcela de umaespcie slida [...]no provoca des-locamento (p. 314), sem diferenciar

claramente no texto os equilbrioshomogneos de heterogneos.

Quanto adio de um slido emequilbrios de solubilidade, apesar dealguns livros apresentarem um captu-lo ou subttulo sobre o tema (VN, TC,RF, US e SF), em nenhum deles tra-tado o caso da adio de uma maior

quantidade de slido. No livro VN, onico equilbrio heterogneo formal-mente apresentado no texto o casodo equilbrio de solubilidade. Nessecaso, tambm no apresentadoo fato de que a adio ou remoode um slido no afeta o estado deequilbrio, mas a autora afirma, ao de-finir Kps, que no faz sentido falar emconcentrao de slido que est nofundo do recipiente, uma vez que elesequer est em soluo[...](p. 412).

Concluindo, metade dos livros (SF,TC, RF, US) menciona, de algumaforma, que a adio de um slidono influencia um equilbrio qumicoheterogneo. Os demais livros (VN,PEQUIS, GEPEQ, MM) no do n-fase em alteraes envolvidas nosequilbrios em sistemas heterogne-os, embora eles possam aparecer emproblemas ou exerccios.

A correta compreenso dos fe-nmenos envolvidos nos equilbriosheterogneos implica tambm em

conhecer o conceito de fase e o fatode que nesse tipo de equilbrio htroca de material entre duas fasesem contato. Isso deve levar o aluno aperceber que no importa, por exem-plo, a quantidade de slido presenteno sistema (gramas ou quilogramas),mas que imprescindvel a presenadesse slido como uma das fases.Outro aspecto fundamental a sercompreendido de que a quantidadede slido (expressa em massa ou

em mols) presente em uma unidadede volume constante, ou seja, suaconcentrao constante, e seuvalor est embutido na constante deequilbrio (Skoog e cols., 2006)5. As-sim, generalizando, slidos e lquidospuros no fazem parte da expressode Ke deve-se considerar que mu-

danas nas massas de lquidos ouslidos puros no afetam o estadode equilbrio (Solaz-Portoles e Qulez-Pardo, 2001). Particularmente no casodos equilbrios de solubilidade deslidos inicos, importante lembrarque o valor do produto de solubilida-de (Kps) dependente da temperaturae da fora inica da soluo, queest relacionada com concentraode outros possveis ons presentese que no faam parte do equilbriode solubilidade em questo (Skooge cols., 2006). Embora o conceito defora inica no seja tratado no Ensi-no Mdio, fundamental consideraresse fato, muitas vezes esquecido ounegligenciado.

Nos casos de equilbrios hete-rogneos, a correta utilizao daexpresso da constante de equil-brio, ou seja, a comparao do valordo quociente de reao, Q, apsa alterao promovida no sistemaem equilbrio com o valor de K, no

qual a concentrao do slidono toma parte, pode promover umentendimento mais significativo dosfenmenos envolvidos nos equilbriosheterogneos, alm de evitar poss-veis erros devido a uma aplicaomecnica do Princpio de Le Chatelier(Qulez-Pardo, 1997b).

As variveis que so analisadaspelos livros didticos esto resumidasna Tabela 3. Observa-se que todosos livros discutem as mudanas de

Tabela 3: Variveis que alteram os equilbrios qumicos presentes nos livros didticos.

Varivel alterada N de livros Sigla do livro

Concentrao, presso e temperatura 8VN, SF, PEQUIS,GEPEQ, TC, MM,

RF, US

Presena de catalisador 6VN, SF, GEPEQ,

TC, RF, US

Adio de gs inerte 2 RF, US

Adio de um slido a um equilbrioheterogneo

4US, RF,TC, SF


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concentrao de reagentes e ouprodutos, presso total e temperaturado sistema.

A influncia do uso de catalisadorem equilbrios qumicos abordadapor seis livros, dentre estes, trs (SF,VN, GEPEQ) apenas mencionam queo catalisador no afeta o equilbrio

e explicam esse fato textualmente:aumenta somente as velocidadesdos processos direto e inverso(VN, p. 400) ou diminui a energiade ativao e aumenta a velocidadede modo igual para as duas reaes(direta e inversa) (SF, p. 314). Nolivro GEPEQ, dito: Quanto aocatalisador, pode-se concluir queele no afeta o equilbrio, pois ace-lera ao mesmo tempo ambas astransformaes (direta e inversa). Opapel do catalisador fazer com queo estado de equilbrio seja atingidomais rapidamente (p. 137). Outrostrs (US, RF, TC) tratam o tema em

um subttulo com destaque igual aodas demais variveis. Explicam queo catalisador diminui igualmente ovalor da energia de ativao tantoda reao direta como da reaoinversa e ilustram esse fato com ogrfico de energia versuscoordena-da de reao (Figura 1). Esse tipo de

representao grfica pode ajudara evitar a concepo alternativa,normalmente encontrada, de que ocatalisador favorece a formao deprodutos (Raviolo e Martnez-Aznar,2003), uma vez que, sem a familiari-dade com os aspectos dinmicos ereversveis do equilbrio, muitos alu-nos tendem a considerar apenas oefeito do catalisador no aumento davelocidade da reao direta. Outrogrfico presente nesses trs ltimoslivros relaciona a concentrao dereagentes e produtos em funo dotempo tanto na presena e como naausncia de catalisador (Figura 2).

Esse segundo grfico evidencia demaneira clara que o valor das con-centraes de reagentes e produtosquando atingido o equilbrio qumico,isto , quando as concentraes soconstantes em funo do tempo, noso diferentes com ou sem a adiode um catalisador, o que muda

apenas o tempo necessrio para seatingir o equilbrio. Um dos livros (TC)ainda compara os grficos de con-centrao dos reagentes e produtosem funo do tempo para a reaoN2O4(g) 2NO2(g) na presenae ausncia de catalisador com ogrfico para a reao na ausncia decatalisador, mas a uma temperaturamaior, em que a formao de NO2favorecida (Figura 2). Nesse caso,o aluno pode verificar graficamentequais so as condies que promo-vem ou no alteraes no estado deequilbrio por meio da comparaodas concentraes finais de reagen-tes e produtos quando o equilbrioqumico alcanado. Seria tambmrelevante que, ao abordar esses gr-ficos, fosse apresentada a equaoda constante de equilbrio, de manei-ra que o aluno perceba que a adiode um catalisador no afeta o valorde Kc, enquanto que um aumento detemperatura o altera. Isso pode con-

tribuir em muito para que os alunostenham a correta concepo do sig-nificado da expresso matemticade Kce em que condies seu valor ou no alterado. No entanto, emnenhum dos livros, essa compara-o feita para o caso da adio deum catalisador. De qualquer forma,representaes grficas desse tipodevem ser incentivadas j que aju-dam a revelar importantes aspectosrelacionados natureza do equilbrio

qumico (Raviolo e Martnez-Aznar,2003).Com relao varivel presso

em equilbrios gasosos, em todosos livros, abordado, de maneiraexplcita ou implcita, o caso doaumento ou diminuio da pressoque acontece por meio da variaode volume do sistema (caso de umreator formado por um pisto ouum mbolo mvel). Nesse caso,a aplicao literal do Princpio deLe Chatelier funciona sem nenhum

Figura 1: Figura extrada do livro US que ilustra a diminuio da energia de ativaopromovida pela presena de um catalisador.

Figura 2: Figura extrada do livro US que relaciona a concentrao de reagentes eprodutos em funo do tempo, at que o estado de equilbrio qumico seja atingido,tanto na presena como na ausncia de catalisador.


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problema. Somente dois livros (MMe SF) no fazem referncia explcitaa um reator desse tipo, embora todoo tratamento feito considere impli-citamente a relao entre variaode presso-volume. Os livros SF,TC e VN tratam apenas da variaopresso-volume, apresentando

explicitamente umafigura de um reatorcom mbolo mvel.Em dois livros (RF,PEQUIS), a varia-o de presso discutida de umamaneira geral, e sno final apresen-tado um exemploilustrado por uma figura desse tipo,evidenciando ser esse o caso emquesto. O livro GEPEQ tambmtrata principalmente do caso da va-riao presso-volume, mas afirma:Mudanas de presso podem serconseguidas de vrias maneiras. As-sim, por exemplo, pode-se aumentara presso introduzindo-se no siste-ma em equilbrio maior quantidade(maior quantidade de partculas) dealgum componente gasoso. Nestecaso, como a presso de um gs proporcional sua concentrao (p= nRT/V) e , portanto, ao nmero de

partculas, o aumento destas implicano aumento da presso total. O efei-to ser semelhante ao do aumentoda concentrao de um componen-te em soluo(p. 130-131). Nessecaso, est implcito, e talvez o alunono perceba, que essa adio ocor-re a volume constante.

Em apenas dois livros (US, RF), abordado o caso do aumento depresso devido adio de um gsinerte, caso esse em que a aplica-

o do princpio pode levar a previ-ses equivocadas (Katz, 1961). Nosdois livros, o tema abordado comouma pequena nota chamada de ob-servao logo aps tratar da influn-cia da presso. No caso do livro US, dito: Se adicionarmos gs inerte[...] a um sistema em equilbrio,ocorre um aumento da presso totaldo sistema. No entanto, como noh variao da concentrao nemdas presses parciais de cada gscomponente do equilbrio, a adio

de gs inerte no afeta o equilbrio(p. 372). Palavras semelhantes sousadas no livro RF. Embora esseltimo no faa referncia s pres-ses parciais ou s concentraes, o nico que ressalta que isso valepara uma reao que se processasem variao de volume (p. 205).

importante res-saltar que isso verdadeiro apenaspara a adio de umgs inerte a volumeconstante.

Em todos os ca-sos, so apresen-tadas concluses arespeito da variao

presso-volume na forma de regrasqualitativas do tipo: o aumento dapresso total desloca o equilbriopara o lado do volume menor (ouse ja , da menor quantidade to ta lde mols) (RF, p. 205). Apenas olivro TC faz referncia equaomatemtica de Kc como prova deuma afirmao desse tipo. Nessecaso, a equao derivada comoexemplo K

c = (n2NO2/nN2O4)1/V

permite ilustrar melhor as relaesenvolvidas entre as diferentes va-riveis, uma vez que um aumentode presso (diminuio de V) exige

que o quociente (n2NO2/nN2O4) diminuapara que o valor de Kcse mantenhaconstante. Esse justamente o tipode abordagem que a literatura temindicado como alternativa vivel aouso exclusivo doPrincpio de Le Cha-telier (Katz, 1961;C h e u n g , 2 0 0 4 ;2009).

A anlise do fatortemperatura abor-

dada semelhante-mente em todos oslivros didticos quemencionam que oaumento ou a dimi-nuio de tempera-tura favorecer o sentido da reaoendotrmica (absoro de calor)ou exotrmica (liberao de calor),respectivamente. Em contrapartida,um aspecto fundamental durantea discusso sobre alterao detemperatura, o que diz respeito

variao da constante de equilbriocom esta, no mencionada tex-tualmente em trs livros didticos(PEQUIS, SF, MM) quando estesdiscutem alteraes no estado deequilbrio qumico. Trata-se de umaspecto importante porque dentreos principais problemas detectados

no aprendizado do tema equilbrioqumico esto a dificuldade quemuitos alunos apresentam em apli-car o Princpio de Le Chatelier diantede mudanas de temperatura e odesconhecimento de que o valor deKvaria com a temperatura (Ravioloe Martinez-Aznar, 2003). Alguns au-tores tm apontado a necessidadede, no processo de ensino, espe-cificar claramente que mudanasde temperatura afetam o valor de K(Camacho e Good, 1989), alm dese enfatizar o papel da variao deentalpia da reao nos efeitos detemperatura (Voska e Heikkinen,2000). Os demais livros mostramessa mudana, apresentando exem-plos empricos por meio de tabelasque relacionam, para uma mesmatransformao qumica, diferentestemperaturas em que o experimento realizado e os respectivos valoresde constante de equilbrio (VN, TC,GEPEQ, RF, US) ou na forma de

grficos (TC, RF, US), nos quais osentido do grfico diretamenterelacionado variao de entalpiada reao. Essa abordagem til,justamente, porque mostra de ma-

neira explcita comoKpode variar com atemperatura6, almde ser uma formarelevante de se in-troduzir a regra devant Hoff, quer seja

esta expressa naforma um enuncia-do qualitativo (deHeer, 1957) ou numaforma quantitativaexpressa por meio

de uma equao matemtica, con-forme proposto por Cheung (2004)e discutido anteriormente.

Quanto concentrao, so tra-tados em todos os livros os casosmais comuns de soluo aquosaou reaes gasosas que ocorrem

O uso de termoscientificamente mais

rigorosos pode ser umacondio necessria, mas

no suficiente para ocorreto entendimento do

fenmeno.

A correta compreensodos fenmenos

envolvidos nos equilbriosheterogneos implica

tambm em conhecero conceito de fase e ofato de que nesse tipo

de equilbrio h troca dematerial entre duas fases

em contato.


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a volume constante. Nesses casos,o Princpio de Le Chatelier podeser aplicado literalmente: [...] au-mentando a concentrao de umparticipante, o equilbr io se deslocana direo de seu consumo [...](TC, p. 439). Em nenhum dos livrosso abordados os casos em que a

aplicao do princpio pode levar aconcluses equivocadas como naadio de um constituinte a pres-so constante (Katz, 1961; Qulez-Pardo e cols., 1993) ou no caso dadiluio de uma soluo aquosaem equilbrio qumico, no qual oaumento do volume do sistemaprovoca a diminuio de todas asconcentraes dos participantesdo equilbrio ao mesmo tempo, e osentido da alterao do estado deequilbrio s pode ser verificado pormeio da anlise correta da equaode Kc(Tyson e cols., 1999; Allsop eGeorge, 1984)7.

A lt ima questo anal isada foise o livro apresenta outros mtodospara se prever a evoluo de um sis-tema em equilbrio qumico alm daaplicao literal do Princpio de LeChatelier. Cinco livros apresentam ouso da constante de equilbrio (KcouKp) para prever deslocamentos deequilbrios qumicos (US, VN, GE-

PEQ, TC, RF). Dois destes mostramo uso da constante de equilbriode forma superficial. O primeirodeles (US) discute ouso da constante deequilbrio em umaobservao, e osegundo (VN) ape-nas cita um exemplogenrico em que oaumento da quanti-dade de reagentes

significa aumentaro denominador e que, para que Kpermanea constante, deve-se di-minuir a quantidade de produtos. Osoutros trs livros (RF, TC, GEPEQ)discutem mais detalhadamente autilizao da constante de equilbrio.O livro RF utiliza a constante apenaspara estudar o efeito da variaode concentrao no equilbrio. definido o conceito de quocientede reao (Q

c) e so comparados

se esses valores so iguais ou dife-

rentes ao valor de Kcpara concluir

se o sistema est ou no em equi-lbrio. Uma estratgia semelhante utilizada pelo livro TC, pormeste mostra os valores de K paraalteraes de presso alm das mu-danas nas concentraes. O usoda constante apresentado tam-

bm em variaesde temperatura pormeio de exemplosempricos em tabe-las. O livro GEPEQdiscute a manuten-o dos valores deKquando se alteraa concentrao oupresso por meio deexerccios em que oaluno calcula o valorde Qaps a adiode um dos consti-tuintes do sistemaou aps uma variao de presso eo compara com o valor de Knaquelatemperatura. Alm desses fatores, amudana de temperatura relacio-nada com a alterao da constantemediante exemplos empricos emforma de tabelas.

Concluses

As formulaes apresentadas

nos livros seguem aquela que foiamplamente divulgada no livro deOstwald (Qulez-Pardo e Sanjos-

Lopez, 1996) e queest baseada nasformulaes maissimples e gerais doprprio Le Chatelier.Vale lembrar que essa formulaoque foi principal-mente sujeita a cr-

ticas desde o seuincio e finalmente foi corrigida peloprprio autor anos mais tarde.

Uma das caractersticas maisfrequentes dos livros escolares alimitao em apresentar enunciadosdeclarativos de conceitos qumicossem mostrar seus limites de valida-o. Este trabalho mostrou comoos autores de livros de Qumicapara o Ensino Mdio apresentamo conceito do Princpio de Le Cha-telier, marcado de carter indutivo,

vago, ambguo, universal, semfundamentao terica. Em geral,no so discutidos exemplos quemostrem as suas limitaes oucasos em que a aplicao literal elinear do princpio pode levar a pre-dies incorretas. Tambm no h,em geral, um controle rigoroso nas

variveis envolvidas,principalmente noque diz respeito aequilbrios em siste-mas gasosos. Tudoisso pode transmitirao aluno a ideia deque se trata de umprincpio infalvel ouuma verdade abso-luta. Pode levar aoaluno a ideia erradaque a evoluo deum sistema em equi-lbrio ou at mesmo

o estado de equilbrio em si regidopor um princpio que traduzira umarelao fundamental da naturezaem vez de ter a clara percepo deque se trata de uma generalizaoa partir de observaes empricasque deve ser utilizada de maneiracriteriosa.

Esse tratamento superficial doPrincpio de Le Chatelier como uma

regra simples, universal e de carteralgortmico favorece processos deensino-aprendizagem baseadosna memorizao, repetio e nautilizao mecnica (no significa-tiva) do princpio sem compreensodos conceitos envolvidos. O fatode no se provocar pensamentoscontraditrios e uma discussocriteriosa pode ocasionar dificul-dades e erros conceituais dosdiversos conceitos qumicos pelos

estudantes. possvel questionarse as dificuldades relacionadas resoluo de problemas que se temapontado na literatura tais como:falta de reflexo prvia e um trata-mento superficial do problema queleva a um operativismo mecnico;dificuldades quanto ao controle devariveis; e incapacidade em distin-guir entre as informaes essenciaise irrelevantes para resolver um pro-blema (Qulez-Pardo e cols., 1993) no tenham relao direta com a

Uma das caractersticasmais frequentes dos livrosescolares a limitao em

apresentar enunciadosdeclarativos de conceitosqumicos sem mostrar seus

limites de validao.

preciso que osprofessores tenham claroas limitaes do uso doPrincpio de Le Chateliere os problemas que a

utilizao exclusiva destepode provocar no corretoentendimento da natureza

dinmica do equilbrioqumico, constituindo-se em um verdadeiro

obstculo epistemolgico.


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iluso provocada por simplificaesde fcil memorizao e operaocomo as simples regrinhas deri-vadas do Princpio de Le Chatelier.Ainda mais se a apl icao diretadestas em exerccios e problemasde carter qualitativo for colocadacomo um dos principais objetivos

educacionais. preciso que os professores, detodos os nveis de ensino de qumica,tenham claro as limitaes do usodo Princpio de Le Chatelier e osproblemas que a utilizao exclusivadeste pode provocar no correto en-tendimento da natureza dinmica doequilbrio qumico, constituindo-seem um verdadeiro obstculo episte-molgico (Qulez-Pardo, 1997a). Aoabordar a predio das alteraes

que podem sofrer um sistema emequilbrio, preciso considerar todosos fatores que afetam o sistema deuma maneira mais rigorosa, fazendoprincipalmente um uso mais exten-sivo da equao da constante deequilbrio na resoluo de problemasdessa natureza. Assim, o esse prin-cpio poderia ser colocado em seudevido lugar uma regra qualitativaprtica e de valor preditivo limitado e se evitaria, assim, a reduo dofenmeno equilbrio qumico meraaplicao desse princpio.

Agradecimentos

A FAPESP e Pr-Reitoria de Pes-quisa USP. Gostaramos tambmde expressar nossos sinceros agra-decimentos a um dos assessoresque contribuiu com vrias suges-tes para o aprimoramento destemanuscrito.

Notas

1. Traduo do original em fran-cs.

Tout systme en equilibrechimique stable soumis linfluence dune cause ext-rieure qui tend faire variersoit sa temprature, soi t sacondensation (pression, con-centracion, nombre de mol-cules dans lunit de volume)das sa totalit ou seulementdans qualques-unes de ses

parties, ne peut prouver quedes modifications intrieures,qui, se elles se produisaientseules, amneraient un chan-gement de temprature ou decondensation de signe contrai-re celui rsultant de la causeexturiere.

2. Uma anlise terica quanti-tativa desse problema mostra quehaver formao de amnia se afrao molar de nitrognio for menorque 0,5. Entretanto, se for maior que0,5, o equilbrio dever decompormais amnia para formar mais nitro-gnio e hidrognio (Lacy, 2005; Katz,1961). De uma forma geral, para umequilbrio do tipo a A(g) + b B(g)

c C(g) + d D(g), na qual n= (c+d) (a+b), pode-se verificarque, ao se adicionar, por exemplo,certa quantidade de C, o equilbrioformar mais produtos se X

C > c/

n (Qulez-Pardo e cols., 1993). Ademonstrao desse fato foge aosobjetivos deste trabalho. Para umacorreta compreenso, sugerimos asreferncias citadas.

3. O aprofundamento dessa dis-cusso est fora dos objetivos dopresente artigo, mas importanteque os professores reflitam a respei-

to da relevncia de todo o contedoensinado e principalmente do tempoprogramado para cada contedo,mesmo aqueles to consagrados.

4. Antes de Ostwald, Nernst em1898 j havia includo uma segundaformulao do princpio em seulivro Tratado de qumica terica. Naedio francesa desse livro, intitu-lada Tratado de qumica generalde1922, Nernst relaciona o Princpio deLe Chatelier ao princpio de ao e

reao da mecnica (Qulez-Pardo eSanjos-Lopez, 1995).5. De uma forma mais rigorosa,

devem ser utilizadas as atividadesqumicas dos componentes emequilbrio no clculo de K, sendoque, para um componente purono seu estado padro, atribudocomo valor de atividade qumicaigual unidade. Como a atividade deslidos e lquidos pouco sensvel presso, considera-se que, empresses moderadas (menores do

que 20 bar), seu valor seja tambmigual unidade (Levine, 1988, p.304). No entanto, como o conceitode atividade no tratado no En-sino Mdio, costuma-se justificara ausncia da substncia pura naequao matemtica de Kdevido constncia de sua concentrao.

Embora largamente utilizado, emnossa opinio, pode-se questionarse faz sentido utilizar o conceito deconcentrao para substncias pu-ras, uma vez que este definido parasolues (misturas homogneas)como a razo entre uma quantidadede um soluto e o volume da soluo(Qulez-Pardo, 1998). Uma questoque pode ser colocada se essapossvel ambiguidade pode induziro aluno a confundir, por exemplo,

os conceitos de concentrao edensidade. De qualquer forma, deveficar claro para o aluno que slidose lquidos puros no fazem parte daexpresso de K.

6. Vale lembrar que, alm da de-pendncia de Kcom a temperatura,para equilbrios inicos em soluoaquosa, a constante de equilbriodepende tambm da fora inicada soluo, ou seja, depende daconcentrao total de ons presentesna soluo (Skoog e cols., 2006).

7. Um exemplo do problema dadiluio pode ser o caso do equil-brio de ionizao de um cido fracomonoprtico: HA(aq)H+(aq) + A-

(aq). Pode-se demonstrar facilmenteque K

a= (nH+nA/nHA) 1/V, portanto,

a diluio da soluo (aumentodo volume, V) leva ao aumento daionizao do cido HA, uma vezque para se manter o valor de K

a

constante, o sistema deve reagir demodo a aumentarn

H+en

A-e diminuir

nHA(Allsop e George, 1984).

Renato Canzian ([email protected]),engenheiro qumico pela Escola de EngenhariaMau, licenciado em qumica pelas FaculdadesOswaldo Cruz, mestrando do programa de ps-graduao em Ensino de Cincias - ModalidadeQumica da USP e professor do Ensino Mdiono Instituto Divina Pastora, em So Paulo (SP).Flavio Antonio Maximiano([email protected]),bacharel, licenciado em qumica e doutor emfsico-qumica pelo Instituto de Qumica da USP, docente do Departamento de Qumica Funda-mental do IQUSP


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Abstract:Le Chateliers principle What has been presented in textbooks?Abstract: In this work is presented an analysis on how the aspects related to chemical equilibrium shifts are presented inBrazilian high school textbooks. In these cases, the Le Chateliers principle presents a fundamental role in the qualitative prediction of the evolution of the chemical system. The analysis of how LeChateliers principle has been formulated in these textbooks indicated that it has been introduced in an inductive, vague and ambiguous way, with universal application without showing any limita-tions and without any theoretical foundation. These facts can transmit to the student the idea that Le Chateliers principle is an infallible role or an absolutely truth.Keywords:chemical equilibrium, Le Chateliers principle, textbook.

Princípio de Le Chatelier - O Que Tem Sido Apresentado Em Livros Didáticos

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