Post on 22-Apr-2015
Prof. MSc. Edemir F. Garcia
EQUILÍBRIO QUÍMICO
-INTRODUÇÃO
-CARACTERÍSTICAS DO EQUILÍBRIO
-ANÁLISE GRÁFICA DO EQUILÍBRIO
-CONSTANTE DE EQUILÍBRIO
-PRINCÍPIO DE LE CHATELIER
-DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO
-EXERCÍCIOS
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A + B C + D
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V1 = V2
O que existe, na verdade, são duas reações opostas que ocorrem com a mesma velocidade.
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(c) [Produtos] X Tempo
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(c) [Produtos] X Tempo
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[P]>[R]
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[R]>[P]
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[P]>[R]
[R]>[P]
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A B
KEq = [ B ]
[ A ]
KEq > 1 = [ B ] > [ A ]
KEq < 1 = [ A ] > [ B ]
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1.888
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Prof. MSc. Edemir F. GarciaConsideremos o efeito da variação de concentração na mistura em equilíbrio cloro e água. A equação de equilíbrio é:
Cl2 + 2 H2O HOCl + H3O+ + Cl-
Esquerda
Direita
EsquerdaDireita
Esquerda
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Prof. MSc. Edemir F. GarciaExemplo:
N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)
1mol 3 mols 2 mols O lado esquerdo da reação representa 4 mols de gás combinando-se para dar 2 mols no lado direito.
Um aumento na pressão total do sistema desloca o equilíbrio para a direita.
Exemplo:
N2(g) + O2(g) 2 NO(g)
1mol 1 mol 2 mols
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Prof. MSc. Edemir F. GarciaO calor pode ser considerado um reagente em reações endotérmicas ou um produto em reações exotérmicas. Portanto, a temperatura é análoga à concentração, ao se aplicar o Princípio de Le Chatelier aos efeitos do calor em uma reação química.
Exemplo1:
C(s) + CO2(g) + calor 2 CO(g)
A reação é endotérmica e, como pode ser visto, o equilíbrio desloca-se para a direita em temperaturas mais elevadas. Exemplo2:
PCl3(l) + Cl2(g) PCl5(s) + 88 kJ
Neste caso a reação é exotérmica. O calor fará com que o produto PCl5, se decomponha, regenerando o PCl3 e o Cl2. Portanto, o calor desloca o equilíbrio para a esquerda.
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Keq varia com a temperatura
Exemplos:
N2 + 3H2 2NH3
t°C Keq
200 0,4
300 4.10-3
400 2.10-4
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Prof. MSc. Edemir F. GarciaKp : Constante de equilíbrio gasoso
Nas reações em fase gasosa, as concentrações dos reagentes e dos produtos também podem ser expressas em termos das suas pressões parciais
Para seguinte sistema em equilíbrio.
N2O4 (g) 2 NO2 (g)
Podemos escrever
Onde PNO2 e PN2O4
são respectivamente, as pressões parciais (em
atm) de NO2 e N2O4 no equilíbrio.
KP significa que as concentrações de equilíbrio estão expressas em termos de pressão.
42
2
ON
NO2
P
PPK
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Relação entre KC e KP
ncP RTKK )(
Em que :R = 0,0821 L.atm/K. mol
∆n = moles de produtos no estado gasoso – moles de reagentes no estado gasoso
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1) Escrever a expressão da constante de equilíbrio (Keq) para as seguintes reações genéricas de equilíbrios homogêneos: a)2A + 3B C + 4D a)X 2Y + M
32
4
][][
]].[[
BA
DCK eq
][
].[][ 2
X
MYKeq
Prof. MSc. Edemir F. Garcia2) Em determinadas condições de pressão e temperatura, um frasco fechado contém 0,4 mol/L de O3(g) em equilíbrio com 0,2 mol/L de O2(g), de acordo com a seguinte equação: 3 O2 2 O3
Determine o valor de Keq.
20008,0
16,0
2,0
4,0
][
][3
2
32
23 O
OKeq
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Solução
3- Sabendo-se que no equilíbrio H2(g) + I2(g) 2 HI(g) a pressão parcial do hidrogênio é 0,22 atm, a do iôdo é 0,22 atm e a do gás iodídrico é 1,56 atm, qual o valor da constante de equilíbrio Kp?
Como temos um sistema envolvendo gases podemos trabalhar direto em função de pressões parciais
2,50
22,022,0
56,1 2
22
2
pIpH
pHIKp
Prof. MSc. Edemir F. Garcia4- Quais sãos os valores de Kp e Kc para a reação H2O(l) H2O(g), a 25ºC, considerando que a pressão do vapor-d´agua é igual a3,17kp.
SoluçãoKp = pH2O = 3,17 kPa
nRTKpKc 1 RTKpKc
1298.314,817,3 Kc 298.314,8
17,3Kc
LmolKc /10.28,1 3
Prof. MSc. Edemir F. Garcia05 – Suponha que, para o sistema representado pela equação abaixo, as concentrações no equilíbrio são: [SO2] =[O2]=0,10 mol/L e [SO3] = 0,20. Calcule Kc.
gg OSOSOg 223 22
23
22
2
][
][][
SO
OSOKc
Solução
2
2
20,0
10,0.10,0Kc
025,0Kc
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6- Considere o equilíbrio representado pela equação abaixo. Suponha que comecemos com HI puro a uma concentração de 0,100 M. A concentração no equilíbrio é 0,010 M. Calcule: a) [I2] ; b [H2] c) Kc para a reação.Reação: 2HI(g) H2(g) + I2(g)
Solução: 2HI(g) H2(g) + I2(g)
[ ] inicial 0,100 0 0Variação - 2x +x +xEquilíbrio 0,01 x x
Cálculo de x 0,100 – 2x = 0,01; x = 0,045 [H2] = x = 0,045 M [I2] = x = 0,045M
222
][
]].[[
HI
IHKc LMolsKc /25,20
)01,0(
045,0.045,02
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Equilíbrio Iônico da águaEquilíbrio Iônico da água
Objetivos:Objetivos:
Demonstrar o produto iônico da águaDemonstrar o produto iônico da água
EstudarEstudar
IndicadoresIndicadores
pHpH
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Água como ácido:Água como ácido:
Equilíbrio Iônico da águaEquilíbrio Iônico da água
NHNH33 + H + H22O O NH NH44++ + OH + OH--
ácidoácido
Água como base:Água como base:
HCl + HHCl + H22O O H H33OO++ + Cl + Cl--
basebase
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E o que a águaE o que a águatem com isso?tem com isso?
HH22O + HO + H22O O H H33OO++ + OH + OH--
Por comportar-se Por comportar-se como ácido e base, como ácido e base,
existe um equilíbrio existe um equilíbrio mesmo na água mesmo na água
pura:pura:
HH22O O H H++ + OH + OH--
ácidoácidobasebase
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Equilíbrio Iônico da águaEquilíbrio Iônico da água
Constante de equilíbrio:Constante de equilíbrio:
HH22O O H H++ + OH + OH--
KKii ==[H[H++]] .. [OH[OH--]]
[H[H22O]O][H[H22O] é constanteO] é constante
KKii == [H[H++]] .. [OH[OH--]][H[H22O]O].. KKww == [H[H++]] .. [OH[OH--]]
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Equilíbrio Iônico da águaEquilíbrio Iônico da água
Constante de equilíbrio é influenciada pela Constante de equilíbrio é influenciada pela temperaturatemperatura
TemperaturaTemperatura (ºC) (ºC) KKww
1010 0,3x100,3x10-14-14
2020 0,7x100,7x10-14-14
2525 1,0x101,0x10-14-14
3030 1,5x101,5x10-14-14
4040 2,9x102,9x10-14-14
Usaremos KUsaremos Kww a 25 ºC a 25 ºC
KKww == [H[H++]] .. [OH[OH--]]
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Equilíbrio Iônico da águaEquilíbrio Iônico da água
As concentrações de HAs concentrações de H++ e OH e OH-- são iguais: são iguais:
HH22O O H H++ + OH + OH--
KKww == [H[H++]] .. [OH[OH--]]
KKww == [H[H++]]22
1,0x101,0x10-14-14 == [H[H++]]22
1010-7-7==[H[H++]] 1010-7-7==[OH[OH--]]
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Medidas de pHMedidas de pH
Na água pura a [HNa água pura a [H++] é igual a [OH] é igual a [OH--], portanto a solução é ], portanto a solução é neutraneutra
Soluções ácidas:Soluções ácidas:
[H[H++] > [OH] > [OH--]]
Soluções básicas:Soluções básicas:
[H[H++] < [OH] < [OH--]]
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Medidas de pHMedidas de pH
ácido
ácido
Neutro
básico
[H+] [OH-] Meio
100 mol/L 10-14 mol/L
10-6 mol/L 10-8 mol/L
10-7 mol/L 10-7 mol/L
10-9 mol/L 10-5 mol/L
10-14 mol/L 100 mol/L básico
Transformar as concentrações em uma escala tornaria Transformar as concentrações em uma escala tornaria mais fácil classificar um meio em ácido ou básicomais fácil classificar um meio em ácido ou básico
Escala de pHEscala de pH
ácidoácido básicobásico77
neutroneutro
00 1414
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Medidas de pHMedidas de pH
ácido
ácido
Neutro
básico
[H+] [OH-] Meio
100 mol/L 10-14 mol/L
10-6 mol/L 10-8 mol/L
10-7 mol/L 10-7 mol/L
10-9 mol/L 10-5 mol/L
10-14 mol/L 100 mol/L básico
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pH = potencial hidrogeniônicopH = potencial hidrogeniônico
Medidas de pHMedidas de pH
pH = -log [HpH = -log [H++]]
pOH = -log [OHpOH = -log [OH--]]
pH + pOH = 14pH + pOH = 14
Qual o pH de uma solução de [HQual o pH de uma solução de [H++] = 10] = 10-4-4 mol/L mol/L
pH = -log 10pH = -log 10-4-4
pH = -(-4) log 10pH = -(-4) log 10 pH = 4pH = 4
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Medidas de pHMedidas de pH
[H+] [OH-] Meio
100 mol/L 10-14 mol/L ácido
10-6 mol/L 10-8 mol/L ácido
10-7 mol/L 10-7 mol/L Neutro
10-9 mol/L 10-5 mol/L básico
10-14 mol/L 100 mol/L básico
pH pOH
0 14
6 8
7 7
9 5
14 0
Propriedades:
log a = b a = 10b
log (a.b) = log a + log blog (a/b) = log a - log blog ab = b . log a
pH = -log 100
pH = -(0) log 10
pH = 0
0 + pOH = 14 14
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IndicadoresIndicadores
Substâncias que tem cores diferentes em meio ácido ou básico.Substâncias que tem cores diferentes em meio ácido ou básico.
Um dos mais usados é a fenolftaleínaUm dos mais usados é a fenolftaleína
meio ácido meio ácido Incolor Incolor meio básico meio básico Vermelha Vermelha
Azul de BromotimolAzul de Bromotimol
meio ácido meio ácido Laranja Laranja meio básico meio básico Azul Azul
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Peagâmetro medidor de pH acoplado a um eletrodo de
pH. O medidor de pH é um milivoltímetro com uma escala que converte o valor de tensão do eletrodo de pH em unidades de pH. Este tipo de eletrodo é chamado "íon seletivo"
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Grau de Ionização e Lei de Ostwald
Força de um eletrólito = ni x 100 ndni – Número de moléculas ionizadasnd – Número de moléculas dissolvidas
Ki = M. 2 se 1, Ki = M. 2 e ainda 1 - [H+] = . [ ]
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6 - O vinagre pode ser considerado uma solução de concentração 0,72 M em relação ao ácido acético. Esse ácido é fraco e possui constante de
ionização Ka igual a 1,8 .10-5, a 250C. Determine:
•a) o grau de ionização do ácido nesta temperatura;
•b) a concentração molar de íons H+ do vinagre.
Dados do Exercício
510.8,1
72,0
aK
MM
Sabemos que:
Ka = M.α2
[H+] =M α
Solução
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a) = M
Ka = 72,0
10.8,1 5
= 5.10-3 = 0,5%
b) [H+] = M = 0,72 . 0,005 = 3,6 .10-3 mol/L
Observação muito importante:
Repare que não foi usada a expressão completa da constante de ionização. Como a constante tem um valor muito pequeno da ordem de 10-5, desprezamos 1- . Se o exercício trazer um grau de ionização > ou = 5%, devemos fazer uso da expressão completa.
ou
Ki = M 2
1
2MKi
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7- (PUC-Campinas) Uma área agrícola foi adubada com amônia, nitrato e fosfato de amônio. Na amostra das água residuais da irrigação dessa área verifica-se que a concentração de íons OH- é igual a 8.10-5 mol/L. Qual o pH da amostra? (dados: log 8 =0,9)
OH-8.10-5 pOH = -log OH-
pOH = -log 8.10-5 pOH = 5 – log 8 pOH =4,1
pH + pOH = 14 pH = 14 – 4,1 pH = 9,9
Atenção!Como o exercício deu OH-, mostrando que a solução é básica, calculamos primeiro o pOH, para depois calcularmos o pH