Nomes: Jucimar 14238 Thiago 14248 Professor: Élcio Barrak 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.

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:

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:

Exemplo: Para o processo Haber, a expressão de equilíbrio é:

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 0,919 0,0857 0,744 6,46 3 1,22 0,138 0,944 4

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. Produtos Reagentes 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.

A expressão de equilíbrio seria dada por: 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:

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.

Por exemplo, se fôssemos multiplicar o equilíbrio original por 2, teríamos: A expressão da constante de equilíbrio para essa equação é:

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:

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.

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

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.

< Q > Q = Q

Cálculo das concentrações no equilíbrio Exemplo:

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.

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.

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.

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.