15 Equilíbrio Químico

1. 15 Equilíbrio Químico Nomes: Jucimar 14238 Thiago 14248 Professor: Élcio Barrak

2. 15.1 Conceito de equilíbrio químico Haverá equilíbrio químico somente quando as velocidades das reações opostas forem iguais numa reação reversível. A + B  C + D reação direta C + D  A + B reação inversa A + B  C + D reação reversível

3. Exemplos: • Equilíbrio entre a água líquida e gasosa. • O processo Haber para obtenção da amônia.

4. Características: • Igualdade das velocidades • Equilíbrio dinâmico • Características macroscópicas e microscópicas • Sistema fechado

5. 15.2 Equilíbrios heterogêneos Quando as substâncias de uma reação possuem fases diferentes caracterizamos o equilíbrio como heterogêneo. Exemplo:

6. 15.3 A constante de equilíbrio Em 1864, Cato Maximilian Guldberg (1836-1902) e Peter Waage (1833-1900) postularam a lei da ação das massas, que expressa a relação entre as concentrações dos reagentes e produtos presentes no equilíbrio em qualquer reação.

7. Suponha que tenhamos a seguinte equação geral de equilíbrio: De acordo com a lei de ação das massas, a condição de equilíbrio é expressa pela seguinte equação, quando todos os reagentes e produtos estiverem na fase gasosa: Quando os reagentes e os produtos estão em solução, a condição de equilíbrio é expressa pelo mesmo tipo de equação, mas com concentrações em quantidade de matéria por litro:

8. Exemplo: Para o processo Haber, a expressão de equilíbrio é:

9. A expressão da constante de equilíbrio depende apenas da estequiometria da reação, e não de seu mecanismo. • O valor da constante de equilíbrio a certa temperatura não depende das quantidades iniciais de reagentes e produtos. Também não importa se outras substâncias estão presentes, desde que elas não reajam com reagentes ou produtos. • O valor da constante de equilíbrio varia apenas com a temperatura.

10. Lei da ação das massas

11. Ordem de grandeza das constantes de equilíbrio Produtos Em geral,   1: equilíbrio encontra-se à direita; predominam os produtos.   1: equilíbrio encontra-se à esquerda; predominam os reagentes. Reagentes Reagentes Produtos

12. O sentido da equação química e • Uma vez que um equilíbrio pode ser abordado a partir de qualquer sentido, o sentido no qual escrevemos a equação química para um equilíbrio é arbitrário.

13. Por exemplo, podemos representar o equilíbrio como: Para essa equação, podemos escrever: (a 100ºC) Poderíamos igualmente considerar esse mesmo equilíbrio em termos da reação inversa: A expressão de equilíbrio seria dada por: (a 100ºC)

14. Outras maneiras de manipular as equações químicas e os valores de 1) Exatamente como os valores de das reações direta e inversa são recíprocos um ao outro, as constantes de equilíbrio das reações apresentadas de outras maneiras também estão relacionadas.

15. Por exemplo, se fôssemos multiplicar o equilíbrio original por 2, teríamos: A expressão da constante de equilíbrio para essa equação é:

16. 2) Algumas vezes, como em problemas nos quais utilizamos a lei de Hess, devemos usar as equações montadas em duas ou mais etapas. Obtemos a equação líquida somando as equações individuais e cancelando os termos idênticos.

17. Considere as duas reações seguintes, e suas constantes de equilíbrio a 100ºC: A soma dessas duas equações é: e a expressão da constante de equilíbrio para a equação líquida é:

18. Como a expressão da constante de equilíbrio da equação líquida é o produto das duas expressões, sua constante de equilíbrio é o produto das duas constantes de equilíbrio individuais: 0,42 x 7,2 = 3,0

19. Para resumir: • A constante de equilíbrio de uma reação no sentido inverso é o inverso da constante de equilíbrio da reação no sentido direto. • A constante de equilíbrio de uma reação multiplicada por um número é a constante de equilíbrio elevada à potência igual àquele número. • A constante de equilíbrio para uma reação líquida montada em duas etapas é o produto das constantes de equilíbrio para as etapas individuais.

20. Unidades das constantes de equilíbrio Os valores que substituímos na expressão de equilíbrio são na realidade razões entre pressão e pressão de referência, , ou entre a concentração mol por litro e uma concentração de referência, . Dividindo cada pressão parcial pela pressão de referência (1 atm), ou cada concentração molar por uma concentração de referência (1 mol/L), obtemos uma constante de equilíbrio que é adimensional.

21. 15.4 Cálculo das constantes de equilíbrio O método é semelhante ao descrito na lei da ação das massas. • Tabelamos as concentrações iniciais e no equilíbrio de todas as espécies químicas na expressão da constante de equilíbrio. • Calculamos a variação de concentração para as espécies cuja concentração inicial e no equilíbrio são conhecidas. • Usando os coeficientes da equação química balanceada, calculamos as variações de concentração para todas as outras espécies no equilíbrio. • Calculamos as concentrações no equilíbrio, usando as concentrações iniciais e as variações ocorridas.

22. 15.5 Aplicações das constantes de equilíbrio Vimos que a ordem de grandeza de indica a extensão na qual uma reação prosseguirá. A constante de equilíbrio também permite-nos: • Determinar o sentido no qual uma mistura de reação prosseguirá para atingir o equilíbrio; • Calcular as concentrações de reagentes e produtos quando o equilíbrio foi atingido

23. Determinando o sentido da reação Quando substituímos as pressões parciais ou concentrações dos produtos e reagentes na expressão da constante de equilíbrio, o resultado é conhecido como quociente da reação representado pela letra Q.O quociente da reação será igual à constante de equilíbrio, , apenas se o sistema estiver em equilíbrio: Quando Q > , as substâncias do lado direito da equação química reagirão para formar as substâncias da esquerda. Se Q < , a reação atingirá o equilíbrio formando mais produtos; ela caminha da esquerda para a direita.

24. < Q > Q = Q

25. Cálculo das concentrações no equilíbrio Exemplo:

26. 15.6 Princípio de Le Châtelier Um sistema em equilíbrio é perturbado pela variação de temperatura, pressão ou concentração de um dos componentes; o sistema desloca sua posição de equilíbrio de tal forma a neutralizar o efeito do distúrbio. Denominado por princípio de deslocamento de equilíbrio.

27. O princípio do deslocamento de equilíbrio se baseia na variação de: • Concentração • Pressão e volume • Temperatura

28. Variação da concentração Quando aumentamos a concentração de uma substância num sistema em equilíbrio, deslocamos o equilíbrio no sentido de consumir essa substância. Quando diminuímos a concentração de uma substância num sistema em equilíbrio, deslocamos o equilíbrio no sentido de produzir essa substância.

29. Variação de pressão e volume Um aumento da pressão no sistema desloca o equilíbrio no sentido da reação que ocorre com contração de volume. Um diminuição da pressão no sistema desloca o equilíbrio no sentido da reação que ocorre com expansão de volume.

30. Variação de temperatura Aumentando a temperatura, o equilíbrio se desloca para o lado endotérmico da reação. Diminuindo a temperatura o equilíbrio se desloca para o lado exotérmico da reação.

31. Efeito dos catalisadores Com catalisador, a energia de ativação da reação diminui aumentando a sua velocidade, fazendo com que o equilíbrio seja atingido rapidamente. Obs.: O catalisador nunca desloca o equilíbrio.

32. Referência Bibliográfica • QUÍMICA: A CIÊNCIA CENTRAL 9ª Edição (Brown, LeMay, Bursten), Editora Pearson.