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Denis Queiroz dos Reis 15759 Felipe Loschi de Quadros 15762 Engenharia de Controle e Automação.

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1 Denis Queiroz dos Reis 15759 Felipe Loschi de Quadros 15762 Engenharia de Controle e Automação

2 Equilíbrio Químico Sumário 1. Conceito de Equilíbrio A Constante de Equilíbrio Equilíbrios Heterogêneos Cálculo das Constantes de Equilíbrio Aplicações das Constantes de Equilíbrio Princípio de Le Châtelier

3 Equilíbrio Químico Conceito de Equilíbrio No equilíbrio: Velocidade dos reagentes é igual à velocidade dos produtos Se A e B forem solutos em solução, as concentrações são expressas em quantidade de matéria por volume. No caso de A e B serem gases, podemos converter as concentrações em pressões parciais por meio da equação do gás ideal.

4 Equilíbrio Químico Quando o equilíbrio é atingido as pressões parciais se tornam constantes, e as velocidades da reação direta e inversa são iguais. Conceito de Equilíbrio Para indicar que no equilíbrio a reação continua ocorrendo nos dois sentidos, usamos a seguinte representação

5 Equilíbrio Químico Conceito de Equilíbrio O processo de Haber O processo de Haber consiste em obter amônia NH 3(g) a partir de H 2(g) e N 2(g). A engenharia necessária para implementar esse processo requer o uso de altas temperaturas e pressões.

6 Equilíbrio Químico A Constante de Equilíbrio Chamando K eq a razão entre K d e K i Essa equação vale para os gases. No caso de reagentes e produtos estarem todos em solução, temos a seguinte equação:

7 Equilíbrio Químico A Constante de Equilíbrio A condição de equilíbrio pode ser atingida a partir de qualquer sentido. O equilíbrio é atingido a partir de H 2 e N 2 O equilíbrio é atingido começando apenas com NH 3

8 Equilíbrio Químico A Constante de Equilíbrio Ordem de Grandeza das Constantes Se K eq >>>1, o equilíbrio encontra- se à direita, com mais produtos do que reagentes. Se K eq <<<1, o equilíbrio encontra- se à esquerda, com mais reagentes do que produtos.

9 Equilíbrio Químico A Constante de Equilíbrio Manipulando os Valores da Constante de Equilíbrio A constante de equilíbrio de uma reação no sentido inverso é o inverso da constante da reação no sentido direto. Se duas equações forem somadas, a constante da equação global é o produto das constantes. A constante de equilíbrio de uma equação multiplicada por um número é a constante de equilíbrio elevada àquele número.

10 Equilíbrio Químico Equilíbrios Heterogêneos Em muitos equilíbrios, quando todas as substâncias estão numa mesma fase, o equilíbrio é chamado de equilíbrio homogêneo, caso as substâncias estejam em diferentes fases, o equilíbrio é chamado de equilíbrio heterogêneo. No caso do equilíbrio heterogêneo, o cálculo da constante de equilíbrio é feito da mesma forma que para o homogêneo, porém deve-se excluir os sólidos e líquidos puros da expressão da constante. Como exemplo temos a decomposição do CaCO 3

11 Equilíbrio Químico Equilíbrios Heterogêneos A decomposição do CaCO 3 é um equilíbrio heterogêneo. À mesma temperatura, a pressão de CO 2 é igual nos dois recipientes, mesmo que as quantidades relativas de CaCO 3 e CaO sejam diferentes entre si. Neste caso, K eq é:

12 Equilíbrio Químico Equilíbrios Heterogêneos Exercício: Determinar quais das seguintes misturas é capaz de atingir o equilíbrio expresso pela equação de decomposição do CaCO 3. CaCO 3(s) ↔ CaO (s) + CO 2(g) a) CaCO 3 puro; b) CaO e uma pressão parcial de CO 2 maior que o valor de K eq ; c) um pouco de CaCO 3 e uma pressão de CO 2 maior que o valor de K eq.

13 Equilíbrio Químico Cálculo das Constantes de Equilíbrio Quando as concentrações ou as pressões parciais de todos os produtos e reagentes são conhecidas, a constante de equilíbrio poderá ser calculada diretamente a partir da expressão da constante de equilíbrio. Caso contrário, se conhecemos a concentração no equilíbrio de no mínimo uma espécie, usamos a estequiometria da reação para deduzir as concentrações no equilíbrio das outras espécies, seguindo os procedimentos: 1. Tabelar as concentrações iniciais e no equilíbrio de todas as espécies da expressão da constante de equilíbrio; 2. Tabelar também a variação entre o início e equilíbrio de todas as outras espécies utilizando a estequiometria; 3. A partir daí, calcular as concentrações no equilíbrio e posteriormente a constante de equilíbrio.

14 Equilíbrio Químico Cálculo das Constantes de Equilíbrio Exercícios: 1. Uma mistura de hidrogênio e nitrogênio em um recipiente de reação atinge o equilíbrio a 472°C. A mistura de gases em equilíbrio foi analisada e descobriu-se que ela contém 7,38 atm de H 2, 2,46 atm de N 2 e 0,166 atm de NH 3. A partir desses dados calcule a constante de equilíbrio, K eq, para:

15 Equilíbrio Químico Cálculo das Constantes de Equilíbrio 2. Dissolve-se uma quantidade de amônia suficiente em 5,00 litros de água a 25°C para produzir uma solução de 0,0124 mol/L de amônia. A solução é mantida até que atinja o equilíbrio. A análise da mistura em equilíbrio mostra que a concentração de OH - é 4,64 x 10 -4 mol/L. Calcule a K eq a 25°C para a reação.

16 Equilíbrio Químico Aplicações das Constantes de Equilíbrio A constante de equilíbrio pode ser utilizada para determinarmos o sentido de uma reação química e também obter as concentrações no estado de equilíbrio. Determinando o sentido da reação: Quando substituímos os valores de pressões parciais ou concentrações dos produtos e reagentes na expressão da K eq, o resultado é conhecido como quociente de reação, representado pela letra Q. Existem três situações relacionando Q e K eq

17 Equilíbrio Químico Aplicações das Constantes de Equilíbrio A figura seguinte ilustra a relação de Q e K eq 1.Se Q = Keq, o sistema está em equilíbrio. 2. Se Q > Keq, a reação caminha da direita para a esquerda. 3. Se Q < Keq, a reação caminha da esquerda para a direita.

18 Equilíbrio Químico Aplicações das Constantes de Equilíbrio Exercício: A 448°C a constante de equilíbrio, K eq, para a reação é 51. Determine como a reação prosseguirá para atingir o equilíbrio a 448°C se começarmos com 2,0 x 10 -2 mol de HI, 1,0 x 10 -2 mol de H 2 e 3,0 x 10 -2 mol de I 2 em um recipiente de 2,00 L.

19 Equilíbrio Químico Aplicações das Constantes de Equilíbrio Exercício: A 448°C a constante de equilíbrio, K eq, para a reação é 51. Determine como a reação prosseguirá para atingir o equilíbrio a 448°C se começarmos com 2,0 x 10 -2 mol de H 2 e 3,0 x 10 -2 mol de I 2 em um recipiente de 2,00 L.

20 Equilíbrio Químico Aplicações das Constantes de Equilíbrio Cálculo das concentrações no equilíbrio: Na química muitas vezes há a necessidade de calcular as quantidades de reagentes e produtos. Para resolver problemas desse tipo usamos um método similar ao utilizado para resolver problemas que envolvem o cálculo da K eq. O que acontece é que nesse caso a constante de equilíbrio é conhecida e devemos portanto calcular as quantidades das espécies no equilíbrio.

21 Equilíbrio Químico Princípio de Le Châtelier “Se um sistema em equilíbrio é perturbado por uma variação na temperatura, pressão ou concentração de um dos componentes, o sistema deslocará sua posição de equilíbrio de tal forma a neutralizar o efeito do distúrbio”. Conceito

22 Equilíbrio Químico Princípio de Le Châtelier Variações de Volume e Pressão Se a pressão total sobre o sistema for aumentada, a reação se desloca no sentido de reduzir o número de moléculas de gás. Se a pressão total sobre o sistema for reduzida, a reação se desloca no sentido de aumentar o número de moléculas de gás. Variação nas concentrações de reagente ou produto Se uma substância é adicionada a um sistema em equilíbrio, a reação se desloca de forma a consumir essa substância. Se uma substância é retirada de um sistema em equilíbrio, a reação se desloca de forma a produzir essa substância.

23 Equilíbrio Químico Princípio de Le Châtelier Variação da Temperatura Em uma reação endotérmica podemos considerar o calor como um reagente, enquanto em uma reação exotérmica podemos considerá-lo um produto. A mudança na temperatura influi no valor da constante de equilíbrio. Para reações diretas:  endotérmicas, o aumento da temperatura resulta em aumento de K eq  exotérmicas: O aumento da temperatura resulta em diminuição de K eq O resfriamento de uma reação tem o efeito oposto de aquecê-la.

24 Equilíbrio Químico Princípio de Le Châtelier Lentes Fotocromáticas O cloreto de prata (AgCl), quando na lente, dá uma aparência clara para a mesma, já a prata metálica (Ag), quando é formada na lente, dá uma aparência escura à lente.

25 Equilíbrio Químico Princípio de Le Châtelier Influência do Catalisador O catalisador aumenta as velocidades tanto da reação direta quanto da inversa, ou seja, ele aumenta a velocidade na qual o equilíbrio é atingido O valor da constante de equilíbrio não é alterado pela presença do catalisador.

26 Equilíbrio Químico Referências Bibliográficas -Química: A Ciência Central, 9ª edição, Brown, LeMay, Bursten - http://www.quiprocura.net/equilibrio.htm - http://inovacao.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S 1808-23942007000200022&lng=en&nrm=iso


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