Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química

Apresentação em tema: "Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química"— Transcrição da apresentação:

1 Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química
Ensino Médio, 2° Ano Deslocamento de equilíbrio (princípio de Le Chatelier): Concentação, pressão

2 Relembrando conceitos
Características do equilíbrio: as velocidades da reação direta (v1) e da reação inversa (v2) são iguais; todo equilíbrio químico é um equilíbrio dinâmico; externamente, tem-se a impressão de que tudo cessa, mas isso não ocorre. Tanto a reação direta como a reação inversa permanecem ocorrendo, com a mesma velocidade.

3 Relembrando conceitos
Características do equilíbrio: assim sendo, as concentrações das espécies presentes permanecem constantes; uma reação reversível tende, naturalmente, ao equilíbrio (estado de menor energia); o equilíbrio químico só pode ser obtido nas reações que ocorrem em sistema fechado (ou seja, não ocorre troca de matéria). Aberto Fechado Isolado

4 Vídeo sobre equilíbrio molecular

5 Deslocando o equilíbrio:
ao atingir o estado de equilíbrio, o sistema tende a permanecer nesse estado desde que não ocorra nenhuma perturbação externa; Henri Louis Le Châtelier estudou os sistemas em equilíbrio e os fatores que os afetavam; foi ele quem elaborou um princípio (que tem seu nome) para explicar esse comportamento. Imagem: Autor desconhecido/ Domínio Público

6 Deslocando o equilíbrio
Princípio de Le Chatelier: “Quando se provoca uma perturbação sobre o sistema em equilíbrio, ele tende a se deslocar no sentido de fuga frente à ação aplicada (tende a anular a ação aplicada), tentando se ajustar a uma nova situação de equilíbrio.”

7 Deslocamento do equilíbrio
Efeito da concentração Considere o processo de Haber (obtenção de amônia): N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g) suponhamos que tenhamos N2, H2 e NH3 em um recipiente mantido à temperatura constante em equilíbrio; mediremos a concentração de equilíbrio de cada uma das três substâncias; em seguida, adicionaremos N2 recipiente. O que ocorrerá?

8 Deslocamento do equilíbrio
Efeito da concentração: N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g) a concentração de N2 aumenta repentinamente devido à quantidade adicionada; a resposta do sistema é voltar ao estado de equilíbrio novamente; isso será feito diminuindo a concentração de N2 e H2, enquanto aumenta a concentração de NH3; é isso que normalmente escutamos quando o equilíbrio "foi deslocado para a direita".

9 Deslocamento do equilíbrio
Efeito da concentração: N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g) E se adicionarmos NH3 ao sistema em equilíbrio? Nesse caso, o sistema reagirá novamente para estabelecer o equilíbrio aumentando as concentrações de N2 e H2. Dizemos que o equilíbrio "foi deslocado para a esquerda".

10 Deslocamento do equilíbrio
Efeito da concentração Resumindo o efeito da concentração, temos: aumento na concentração dos reagentes (ou diminuição na concentração dos produtos) desloca o equilíbrio para a direita (); diminuição na concentração dos reagentes (ou aumento na concentração dos produtos) desloca o equilíbrio para a esquerda ().

11 Deslocamento do equilíbrio
Efeito da pressão: considere o mesmo sistema anterior (processo de Haber): N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g) suponhamos que, repentinamente, o volume do recipiente seja diminuído (mantendo a temperatura constante); as quantidades de N2, H2 e NH3 não serão imediatamente afetadas. Contudo, suas concentrações aumentarão imediatamente. Como o sistema reagirá?

12 Deslocamento do equilíbrio
Efeito da pressão: N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g) neste caso, é observado que “o equilíbrio se desloca para a direita”, ou seja, o equilíbrio é restabelecido com mais NH3 formado e menos N2 e H2; desta forma, será minimizada a pressão total do sistema por meio da redução do número total de moléculas; note que, mesmo depois de restabelecido o equilíbrio, embora tenhamos mais NH3 e menos H2 e N2, as concentrações de todos eles aumentaram, como consequência da diminuição de volume do recipiente.

13 Deslocamento do equilíbrio
Efeito da pressão: N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g) e se aumentarmos o volume do recipiente? agora o sistema reagirá à diminuição repentina da pressão total deslocando o equilíbrio “para a esquerda”, ou seja, o equilíbrio é restabelecido com menos NH3 formado e mais N2 e H2; nesta caso, mesmo depois de restabelecido o equilíbrio, embora tenhamos menos NH3 e mais H2 e N2, as concentrações de todos eles diminuíram, como consequência do aumento de volume do recipiente.

14 Deslocamento do equilíbrio
Efeito da pressão Resumindo o efeito da pressão, temos: aumento na pressão total do sistema (=diminuição no volume do recipiente) desloca a reação para o lado que tiver menos moléculas (gasosas); diminuição na pressão total do sistema (=aumento no volume do recipiente) desloca a reação para o lado que tiver mais moléculas (gasosas).

15 Exemplos Num vaso reator de certa capacidade fixa, misturam-se 1,0 mol de H2(g) e 0,5 mol de I2(g), a uma temperatura de 500°C. Determine a quantidade de HI(g) no fim da reação (equilíbrio), H2(g) + I2(g) ⇄ 2HI(g) ,sabendo que a respectiva constante de equilíbrio é 63,3. Representando por x o número de mols (n) de H2 (ou de I2) que reagem até se atingir o equilíbrio e V (volume do recipiente em L), temos: H2 + I2 ⇄ 2 HI n (inicial) 1,0 0,5 0,0 n (equilíbrio) 1,0 – x 0,5 – x 2x M (=n/V) (equilíbrio) (1,0 – x)/V (0,5 – x)/V 2x/V Fonte:

16 Exemplos (cont.) O valor x é determinado a partir da constante de equilíbrio Resolvendo a equação do 2º grau, obtém-se x = 0,47 (a outra solução x = 1,13 não tem significado físico porque x não pode ser superior ao número inicial de mols de H2 ou I2 ). Logo, o número de mols de HI no equilíbrio é 2 x 0,47 = 0,94. Imagem: VistaICO.com/ Creative Commons Attribution 3.0 Unported

17 Exemplos O pentacloreto de fósforo dissocia-se parcialmente segundo a equação PCl5(g) ⇄ PCl3(g) + Cl2(g). Considere PCl5, com a pressão inicial de 2,0 atm, num vaso reator de capacidade fixa (a 300°C). À medida que a reação decorre, a pressão parcial de PCl5 diminui, enquanto as de PCl3 e de Cl2 aumentam, até que se atinge equilíbrio, sendo Kp = 11,5. Se a pressão parcial de PCl5 tiver diminuído de uma quantidade x, de quanto aumentou a pressão total? Calcule x e a pressão total no fim da reação (equilíbrio). Fonte:

18 Exemplos Se a pressão parcial de PCl5 tiver diminuído de uma quantidade x, de quanto aumentou a pressão total? A pressão parcial de PCl5 no equilíbrio será: p(PCl5) = (2,0 – x) Como, por cada mol de PCl5 que se dissocia, há a formação de um mol de PCl3 e de Cl2, as pressões parciais destes passam de zero a x: p(PCl3) = p(Cl2) = x Então, a pressão total será: P(total) = p(PCl5) + p(PCl3) = p(Cl2) = (2,0 – x) + x + x = 2,0 + x, tendo, portanto, aumentado de x em relação ao valor inicial.

19 Kp = p(PCl3) x p(PCl2) / p(PCl5) = 11,5
Exemplos Calcule x e a pressão total no fim da reação (equilíbrio). Da expressão da constante de equilíbrio Kp: Kp = p(PCl3) x p(PCl2) / p(PCl5) = 11,5 Tem-se, portanto: x2 / (2,0 - x) = 11,5  x = 1,7 atm A pressão final será 2,0 + x = 3,7 atm Imagem: VistaICO.com/ Creative Commons Attribution 3.0 Unported

20 2 CrO42–(aq) + 2 H3O+(aq) ⇄ Cr2O72–(aq) + 3 H2O
Resumos visuais Efeito da concentração Equilíbrio cromato – dicromato: 2 CrO42–(aq) + 2 H3O+(aq) ⇄ Cr2O72–(aq) + 3 H2O (amarelo) (laranja) Efeito da pressão Le Chatelier e a pressão

21 Exercícios de fixação (UDESC/2010) O processo industrial de produção de amônia (NH3) envolve o seguinte equilíbrio: N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g). O gráfico mostra, aproximadamente, as porcentagens em equilíbrio dos gases na mistura da reação. Analise as proposições: A formação da amônia é favorecida em condições de alta pressão e baixa temperatura. A reação de formação da amônia é um processo endotérmico. Em um recipiente fechado, à pressão constante, o aumento da temperatura favorece a decomposição da amônia. Um aumento na concentração de gás nitrogênio causará um deslocamento do equilíbrio químico no sentido dos reagentes. Assinale a alternativa correta. A) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras. B) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras. C) Somente as afirmativas III e IV são verdadeiras. D) Somente as afirmativas I e IV são verdadeiras. E) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. 100 80 60 40 20 Pressão / atm Percentagem de amoniaco

22 Exercícios de fixação (PUC-RIO /2008) Reações químicas dependem de energia e colisões eficazes que ocorrem entre as moléculas dos reagentes. Em sistema fechado, é de se esperar que o mesmo ocorra entre as moléculas dos produtos em menor ou maior grau até que se atinja o chamado “equilíbrio químico”. O valor da constante de equilíbrio em função das concentrações das espécies no equilíbrio, em quantidade de matéria, é um dado importante para se avaliar a extensão (rendimento) da reação quando as concentrações não se alteram mais. Considere a tabela com as quantidades de reagentes e produtos no início e no equilíbrio, na temperatura de 100°C, para a reação abaixo. Assinale a alternativa correta. A) 0,13 B) 0,27 C) 0,50 D) 1,8 E) 3,0 N2O4(g) 2NO2(g) Reagentes/produtos No início No equilibrio [N2O4] 0,050 mil L 0,030 mol L [NO2] 0,090 mol L

23 Exercícios de fixação (UnB) Um dos processos de fabricação de H2 consiste em passar uma mistura de monóxido de carbono e vapor d’água sobre um catalisador adequado, à temperatura de 50°C. A reação é a seguinte: CO + H2O ⇄ CO2 + H2. O procedimento correto para a obtenção de um rendimento de hidrogênio é: diminuir a concentração de monóxido de carbono. injetar gás carbônico em excesso. injetar vapor d’água em excesso. nenhuma dessas.

24 2 Fe(s) + 3 H2O(g) ⇄ Fe2O3(s) + 3 H2(g)
Exercícios de fixação Para o equilíbrio abaixo, determine o efeito provocado por cada ação listada: 2 Fe(s) + 3 H2O(g) ⇄ Fe2O3(s) + 3 H2(g) Adicionar H2(g) ao sistema. Adicionar H2O(g) ao sistema. Aumentar a pressão total sobre o sistema. Deslocará o equilíbrio para a esquerda (formação de reagentes) para compensar o aumento na concentração de H2. Deslocará o equilíbrio para a direita (formação de produtos) para compensar o aumento na concentração de H2O. Não irá afetar o equilíbrio, pois ambos os lados possuem a mesma quantidade de moléculas gasosas.

25 Exercícios de fixação (UFGO) A seguir, são apresentados cinco equilíbrios químicos. Assinale aquele que não sofre deslocamento com aumento de pressão: SO2Cl2(g) ⇄ SO2(g) + Cl2(g) SbCl5(g) ⇄ SbCl3(g) + Cl2(g) C(s) + CO2(g) ⇄ 2 CO(g) 2 HI(g) ⇄ H2(g) + I2(g) 2 H2S(g) ⇄ 2 H2(g) + S2(g) Imagem:André Luis Carvalho; Leandro Maranghetti Lourenço/ Domínio Público

26 Tabela de Imagens n° do slide
direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso 5 Autor desconhecido/ Domínio Público 30/08/2012 16 VistaICO.com/ Creative Commons Attribution 3.0 Unported 19 25 André Luis Carvalho; Leandro Maranghetti Lourenço/ Domínio Público