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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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1 EQUILÍBRIO QUÍMICO

2 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

3 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

4 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

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

6 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

7 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

8 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

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

10 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,...

11 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 ]

12 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)

13 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

14 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

15 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

16 EQUILÍBRIO QUÍMICO Deslocamento do equilíbrio químico (Princípio de Le Chatelier ou equilíbrio móvel) 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.

17 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.

18 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 ( ).

19 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

20 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 !

21 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).

22 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.

23 EQUILÍBRIO QUÍMICO Síntese da amônia - efeito da pressão total


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