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EQUILÍBRIO QUÍMICO Reações completas ou irreversíveis São reações nas quais os reagentes são totalmente convertidos em produtos, não havendo sobra de.

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2 EQUILÍBRIO QUÍMICO

3 Reações completas ou irreversíveis São reações nas quais os reagentes são totalmente convertidos em produtos, não havendo sobra de reagente, ao final da reação ! Exemplo: HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (aq) + H 2 O (l) Essas reações tem rendimento 100 % ! EQUILÍBRIO QUÍMICO

4 Reações incompletas ou reversíveis São reações nas quais os reagentes não são totalmente convertidos em produtos, havendo sobra de reagente, ao final da reação ! Essas reações tem rendimento < 100 % ! Exemplo: - reações de esterificação CH 3 COOH + C 2 H 5 OH CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O EQUILÍBRIO QUÍMICO

5 A reversibilidade de uma reação pode ser relacionada com o seu rendimento ! EQUILÍBRIO QUÍMICO Para a reação gasosa (com baixo rendimento) : CO + H 2 O CO 2 + H 2

6 EQUILÍBRIO QUÍMICO A mesma reação, com alto rendimento CO + H 2 O CO 2 + H 2

7 Sob o ponto de vista da cinética química, as reações reversíveis podem ocorrer em dois sentidos (direto e inverso) representados por R P com uma velocidade direta (v direta ou v 1 ) e uma velocidade inversa (v inversa ou v 2 ). EQUILÍBRIO QUÍMICO

8 Considerando-se uma reação química genérica: aA + bB xX + yY A velocidade direta será: v 1 = k 1 [A] a [B] b a qual diminui com o passar do tempo. A velocidade inversa será: v 2 = k 2 [X] x [Y] y que no início é nula e vai aumentanto ! EQUILÍBRIO QUÍMICO

9 A medida que a reação avança a velocidade direta vai diminuindo e a inversa aumentando, até o momento em que as duas tornam- se iguais e a velocidade global nula ! v direta = v inversa v 1 = k 1 [A] a [B] b e v 2 = k 2 [X] x [Y] y Esse momento é chamado de Equilíbrio Químico. EQUILÍBRIO QUÍMICO

10 As variações de velocidade direta e inversa, até alcançar o equilíbrio, podem ser representadas pelo diagrama abaixo. equilíbrio químico

11 EQUILÍBRIO QUÍMICO Se as duas velocidades (direta e inversa) são iguais ao atingir o equilíbrio, então: v 1 = v 2 k 1 [A] a [B] b = k 2 [X] x [Y] y isolando os termos semelhantes resulta: C A a, C B b,... = concentrações molares de A, B,... K c = constante de equilíbrio (concentrações) C A a = [A] a,...

12 EQUILÍBRIO QUÍMICO Algumas reações e as constantes K c (em função de concentrações) Generalizando K c = [Produtos] p / [Reagentes] r Reação Constantes N 2 + 3H 2 2NH 3 K c = [NH 3 ] 2 / [N 2 ].[H 2 ] 3 PCl 5 PCl 3 + Cl 2 K c = [PCl 3 ].[Cl 2 ] / [PCl 5 ] SO 3 + 1/2 O 2 SO 3 K c = [SO 3 ] / [SO 2 ].[O 2 ] 1/2 2H 2 + S 2 2H 2 S K c = [H 2 S] 2 / [H 2 ] 2.[S 2 ]

13 EQUILÍBRIO QUÍMICO Equilíbrio químico em reações gasosas Considere a formação da amônia, que ocorre em fase gasosa, num balão de volume V, em certa temperatura T sendo que cada gás exerce uma pressão parcial P x N 2(g) + 3H 2(g) 2 NH 3(g) A pressão de cada gás pode ser calculada a partir da expressão: P = n x R T / V onde: n x / V = [X] logo: P = [X] R T [X] = molaridade ; R = constante dos gases e T = temperatura absoluta (K)

14 EQUILÍBRIO QUÍMICO Se a reação ocorrer em fase gasosa a constante de equilíbrio pode ser expressa em função das pressões parciais exercidas pelos componentes gasosos: lembre que: P = pressão ; V = volume ; n = número de mols ; T = temperatura (K) R = constante universal dos gases = 0,082 atm.L/mol.K

15 EQUILÍBRIO QUÍMICO Cálculo da constante K c - exemplo O PCl 5 se decompõe, segundo a equação: PCl 5 PCl 3 + Cl 2 Ao iniciar havia 3,0 mols/L de PCl 5 e ao ser alcançado o equilíbrio restou 0,5 mol/L do reagente não transformado. Calcular K c. A constante de equilíbrio será: K c = [PCl 3 ].[Cl 2 ] / [PCl 5 ] = [2,5].[2,5] / [0,5] K c = 12,5 mol/L

16 EQUILÍBRIO QUÍMICO Equilíbrios em reações heterogêneas Há certas reações, nas quais se estabelece equilíbrio, em que reagentes e/ou produtos encontram-se em estados físicos distintos, como por exemplo: I - CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(g) II - NH 4 Cl (s) NH 3(g) + HCl (g) Nesses casos, como a concentração dos componentes sólidos não variam, as constantes não incluem tais componentes. I - K c = [CO 2 ] e K p = P CO2 II - K c = [NH 3 ].[HCl] e K p = P HCl. P NH3

17 EQUILÍBRIO QUÍMICO Os agentes externos que podem deslocar o estado de equilíbrio são: 1. variações nas concentrações de reagentes ou produtos; 2. variações na temperatura; 3. variações na pressão total. Quando um agente externo atua sobre uma reação em equilíbrio, o mesmo se deslocará no sentido de diminuir os efeitos causados pelo agente externo. Deslocamento do equilíbrio químico (Princípio de Le Chatelier)

18 EQUILÍBRIO QUÍMICO 1 - Influência das variações nas concentrações * A adição de um componente (reagente ou produto) irá deslocar o equilíbrio no sentido de consumí-lo. * A remoção de um componente (reagente ou produto) irá deslocar o equilíbrio no sentido de regenerá-lo. As variações nas concentrações de reagentes e/ou produtos não modificam a constante K c ou K p.

19 EQUILÍBRIO QUÍMICO 1 - Influência das variações nas concentrações Exemplo Na reação de síntese da amônia N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g) I - adicionando N 2 ou H 2 o equilíbrio desloca-se no sentido de formar NH 3 ( ) ; II - removendo-se NH 3 o equilíbrio desloca-se no sentido de regenerá-la ( ).

20 EQUILÍBRIO QUÍMICO 2 - Influência das variações na temperatura Um aumento na temperatura (incremento de energia) favorece a reação no sentido endotérmico. Uma diminuição na temperatura (remoção de energia) favorece a reação no sentido exotérmico. A mudança na temperatura é o único fator que altera o valor da constante de equilíbrio (K c ou K p ). - para reações exotérmicas: T K c - para reações endotérmicas: T K c

21 EQUILÍBRIO QUÍMICO 2 - Influência das variações na temperatura Exemplo A síntese da amônia é exotérmica: N H 2 2 NH 3 H = - 17 kcal/mol I - um aumento na temperatura favorece o sentido endotérmico ( ); II - um resfriamento (diminuição na temperatura favorece a síntese da amônia, ou seja, o sentido direto ( ). Portanto, na produção de amônia o reator deve estar permanentemente resfriado !

22 EQUILÍBRIO QUÍMICO exo T T desloca ou favorece o sentido endo Abaixamento da temperatura Elevação da temperatura exotérmica endotérmica Ex.: 2 H 2(g) + O 2(g) 2 H 2 O (g) H < 0

23 EQUILÍBRIO QUÍMICO 3 - Influência das variações na pressão total N 2 O 4(g) 2NO 2(g) Incolor castanho escuro 1 V 2 V H = + 57 KJ

24 EQUILÍBRIO QUÍMICO 3 - Influência das variações na pressão total Um aumento na pressão total ( redução de volume ) desloca o equilíbrio no sentido do menor número de mols gasosos. Uma diminuição na pressão total ( aumento de volume ) desloca o equilíbrio no sentido do maior número de mols gasosos. As variações de pressão somente afetarão os equilíbrios que apresentam componentes gasosos, nos quais a diferença de mols gasosos entre reagentes e produtos seja diferente de zero ( n gases 0).

25 EQUILÍBRIO QUÍMICO 3 - Influência das variações na pressão total Exemplo Na síntese da amônia ocorre diminuição no número de mols gasosos ( n gases = - 2) N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g) I - um aumento na pressão desloca o equilíbrio no sentido direto, menor n o de mols( ); II - uma redução de pressão desloca o equilíbrio no sentido inverso, maior n o de mols ( ). Se a diferença de mols gasosos for nula as variações de pressão não deslocam o equilíbrio.

26 EQUILÍBRIO QUÍMICO 4 – Efeito de um catalisador Ação do catalisador : substância que diminui a Energia de ativação. No caso dos equilíbrios, o catalisador diminui igualmente as energias de ativação nos dois sentidos. Com isso,ele aumenta a velocidade da reação direta e também da reação inversa.

27 EQUILÍBRIO QUÍMICO 4 – Efeito de um catalisador O catalisador reduz a Ea tanto para a reação direta como para a inversa. O catalisador não modifica a constante de equilíbrio nem desloca o equilíbrio.

28 EQUILÍBRIO QUÍMICO Deslocamento - Resumo

29 EQUILÍBRIO QUÍMICO Deslocamento - Resumo

30 EQUILÍBRIO QUÍMICO Deslocamento – TSC A síntese da amônia (NH 3 ) pode ser representada pela equação N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) ΔH = - 92,4 kJ/mol. Qual o efeito sobre o equilíbrio, se: a) aumentar a temperatura. b) diminuir a pressão. c) aumentar a concentração de NH 3. d) aumentar as concentrações de N 2 e H 2. e) adicionar um bom catalisador Desloca para a ESQUERDA Desloca para a DIREITA Não afeta o equilíbrio. O catalisador, apenas, faz com que o equilíbrio seja atingido mais rapidamente.

31 EQUILÍBRIO QUÍMICO Equilíbrios no cotidiano 1. Galinho do tempo

32 EQUILÍBRIO QUÍMICO Equilíbrios no cotidiano 2. Cáries dentárias

33 EQUILÍBRIO QUÍMICO Equilíbrios no cotidiano 3. Odor de peixes O odor de peixe é causado por um composto de fórmula CH 3 –NH 2, chamado metilamina, proveniente da decomposição de certas proteínas do peixe. Este composto é uma base parecida com a amônia (NH 3 ). íon metilamônio Sem cheiro H 3 C–NH 2 + H 2 O H 3 C–NH OH – metilamina Com cheiro


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