15 Equilíbrio Químico Nomes: Jucimar 14238 Thiago 14248 Professor: Élcio Barrak.
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15 Equilíbrio Químico
Nomes: Jucimar 14238
Thiago 14248
Professor: Élcio Barrak
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
Exemplos:• Equilíbrio entre a água líquida e gasosa.
• O processo Haber para obtenção da amônia.
)g(2)l(2 OHOH
)g(3)g(2)g(2 NH2H3N
Características:
• Igualdade das velocidades • Equilíbrio dinâmico
• Características macroscópicas e microscópicas
• Sistema fechado
15.2 Equilíbrios heterogêneos
Quando as substâncias de uma reação possuem fases diferentes caracterizamos o equilíbrio como heterogêneo.
Exemplo:
)aq()aq(2
)s(2 Cl2PbPbCl
)s(2)g()s(3 COCaCOCaCO
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.
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:
dDcCbBaA
)P()P()P()P(
KBA
DCba
dc
eq
]B[]A[]D[]C[
K ba
dc
eq
Exemplo:
Para o processo Haber, a expressão de equilíbrio é:
)P(P
)P(K
2H2N
3NH3
2
eq
322 NH2H3N
• 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.
Lei da ação das massas
Pressões parciais iniciais e no equilíbrio (P) de e a 100ºC
Experimento Pressão parcial inicial de (atm)
Pressão parcial inicial de (atm)
Pressão parcial de no equil. (atm)
Pressão parcial de no equil. (atm)
1 0,0 0,612 0,0429 0,526 6,45
2 0,0 0,919 0,0857 0,744 6,46
3 0,0 1,22 0,138 0,944 6,46
4 0,612 0,0 0,138 0,944 6,46
ON 42 NO2 K eqON 42 NO2
NO2
)g(2)g(42 NO2ON
ON 42
P
)P(K
42
2
2
eq
ON
NO
Ordem de grandeza das constantes de equilíbrio
Em geral,
1: equilíbrio encontra-se à direita; predominam os produtos.
1: equilíbrio encontra-se à esquerda; predominam os reagentes.
K eq
K eq
Reagentes Produtos
Reagentes Produtos
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.
K eq
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)
NOON 242
)g(2)g(42 NO2ON
46,6ON
NO
P
)P(K
42
2
2
eq
)g(42)g(2 ONNO2
155,0
NO
ON
)P(P
K2
242
eq
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.
K eq
K eq
Por exemplo, se fôssemos multiplicar o equilíbrio original por 2, teríamos:
A expressão da constante de equilíbrio para essa equação é:
NOON 242
)g(2)g(42 NO4ON2
2
42
2
4
eq )P(
)P(K
ON
NO
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.
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:
)g(2)g()g( BrNO2NOBr2 42,0eqK
)g()g(2)g(2 BrCl2ClBr 2,7eqK
)g()g()g(2)g( BrCl2NO2ClNOBr2
2ClNOBr2
BrCl2
NO2
eqP)P(
)P()P(K
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
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.
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.
refP
ref][
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.
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
refK
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.
eqK
eqK
eqK
eqK eqK eqK> Q < Q= Q
Cálculo das concentrações no equilíbrio
Exemplo:
CT
K
P
atmP
atmP
eq
NH
H
N
º500
1045,1
?
928,0
432,0
5
3
2
2
)g(3)g(2)g(2 NH2H3N
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.
O princípio do deslocamento de equilíbrio se baseia na variação de:
• Concentração
• Pressão e volume
• Temperatura
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.
)g(3)g(2)g(2 NH2H3N
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.
)g(2)g(42 NO2ON
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.
0H )g(3)g(2)g(2 NH2H3N
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.
Referência Bibliográfica
• QUÍMICA: A CIÊNCIA CENTRAL
9ª Edição (Brown, LeMay, Bursten), Editora Pearson.