Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química Ensino Médio, 2º Ano Deslocamento de equilíbrio (princípio de Le Chatelier): temperatura e efeito de catalisador

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.

Relembrando conceitos Características do equilíbrio: assim sendo, a concentração 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 sistemas fechados (ou seja, não ocorre troca de matéria). Aberto Fechado Isolado

Vídeo sobre equilíbrio molecular http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=aixS4QiV-tk

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

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.”

Deslocamento do equilíbrio Efeito da temperatura consideraremos o mesmo equilíbrio da aula anterior: N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g), H = -92,2 kJ ou N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g) + 92,2 kJ o sentido direto da reação é exotérmico (libera calor). Logo, o sentido inverso será endotérmico (absorverá calor). O que aconteceria se adicionássemos calor ao sistema?

Deslocamento do equilíbrio Efeito da temperatura N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g) + 92,2 kJ a reação endotérmica (para a esquerda) consumirá parte do calor adicionado para produzir mais N2 e H2 a partir de NH3; dessa maneira, a temperatura aumentará menos que o esperado; em temperaturas mais elevadas, as concentrações no equilíbrio de N2 e H2 são maiores e a de NH3, menor.

Deslocamento do equilíbrio Efeito da temperatura: N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g) + 92,2 kJ a diminuição da temperatura provocará o feito contrário, já que favorecerá a reação exotérmica; será produzido calor para compensar parcialmente o que foi retirado do sistema.

Deslocamento do equilíbrio Efeito da temperatura obs.: elevar (ou diminuir) a temperatura de um sistema afetará o equilíbrio por alterar o valor da constante de equilíbrio (Kc ou Kp), que depende da temperatura do sistema.

Deslocamento do equilíbrio Efeito da temperatura Co(Cl)42- + 6 H2O ⇄ Co(H2O)62+ + 4 Cl-, H < 0 (azul) (róseo) Imagem: Chemicalinterest/ Domínio Público

Deslocamento do equilíbrio Efeito da temperatura Resumindo o efeito da temperatura, temos aumento da temperatura (aquecimento) do sistema desloca o equilíbrio no sentido da reação endotérmica (absorção de calor); diminuição da temperatura (resfriamento) do sistema desloca o equilíbrio no sentido da reação exotérmica (liberação de calor).

Deslocamento do equilíbrio Catalisador O que é um catalisador? São substâncias que alteram a velocidade das reações. Como eles atuam? Alteram o caminho da reação, fornecendo um caminho alternativo mais fácil de ser alcançado. Gráfico Cinética quím ica e a influência do catalisador Caminho da Reação Energia Sem Catalisador Com Catalisador Ea

Deslocamento do equilíbrio Efeito de adição de catalisador: como afeta o estado de equilíbrio? Como o catalisador aumenta igualmente a velocidade das reações direta e inversa, já que produz a mesma diminuição na energia de ativação das duas reações, ele não altera o estado de equilíbrio, só a velocidade com que o equilíbrio é atingido. Da mesma forma, não devemos esperar obter mais produtos em uma reação catalisada. tempo velocidade Reação direta equilíbrio Equilíbrio Químico e Influência do Catalisador

Deslocamento do equilíbrio Resumindo as regras básicas referentes ao uso de catalisadores: não são criadores de reações; permanecem inalterados ao final da reação; agem em pequenas quantidades em relação ao sistema; não alteram o estado de equilíbrio. Imagem: André Luis Carvalho; Leandro Maranghetti Lourenço/ Domínio Público

Pb(NO3)2(s)  2 PbO(s) + 4 NO2(g) + O2(g) (decomposição do sal) Resumos visuais Efeito da temperatura Le Chatelier e a temperatura: Pb(NO3)2(s)  2 PbO(s) + 4 NO2(g) + O2(g) (decomposição do sal) 2NO2(g) ⇄ N2O4(g) (marrom) (incolor) Adição de catalisador Catalisador para a decomposição da H2O2: 2H2O2(l)  2H2O(l) + O2(g)

Exemplo (UNESP 2008) Dada a reação exotérmica 2H2O2(aq) ⇄ 2 H2O(l) + O2(g), a alteração que favorece a formação dos produtos é a elevação da temperatura. pressão parcial de O2. concentração de H2O. pressão. concentração de H2O2. Imagem: VistaICO.com/ Creative Commons Attribution 3.0 Unported

Exemplo Baseando-se na reação abaixo, C(s) + CO2(g) ⇄ 2CO(g) H= + 174kJ/mol de carbono a constante de equilíbrio dessa reação (Kp) é expressa como segue: Kp = (p(CO))2/p(CO2) Qual é o efeito sobre esse equilíbrio quando se adiciona carbono sólido? se aumenta a temperatura? se introduz um catalisador?

C(s) + CO2(g) ⇄ 2CO(g), H= + 174kJ/mol de carbono Exemplos Quando se adiciona carbono sólido a adição de C(s) não altera o equilíbrio, pois, sendo um sólido, sua concentração pode ser considerada constante. Quando se aumenta a temperatura C(s) + CO2(g) ⇄ 2CO(g), H= + 174kJ/mol de carbono equilíbrio se desloca para a direita, pois o aumento de temperatura favorecerá a reação endotérmica. Quando se introduz um catalisador a adição de catalisador não desloca equilíbrio. Imagem: VistaICO.com/ Creative Commons Attribution 3.0 Unported

HA(aq) ⇄ H+(aq) + A-(aq) Exemplo Imagine um ácido fraco genérico (HA) dissolvido em água. Teremos, portanto, o seguinte equilíbrio: HA(aq) ⇄ H+(aq) + A-(aq) (amarelo) (vermelho) Se borbulharmos amônia (NH3) no sistema em equilíbrio, o que acontecerá com a coloração dele? A amônia (NH3) irá reagir com os íons H+, removendo-os do sistema: H+ + NH3 ⇄ NH4+. Assim, o equilíbrio será deslocado para a direita. Desse modo, a coloração vermelha será acentuada, pois aumenta a concentração dos íons A-. Imagem: VistaICO.com/ Creative Commons Attribution 3.0 Unported

Exercícios de fixação (UFES) Considere a reação hipotética: A + B ⇄ C + D Com relação ao equilíbrio químico do sistema, à temperatura constante, pode-se afirmar que a adição de reagentes ao sistema desloca o equilíbrio no sentido deformação de produtos, aumentando o valor da constante de equilíbrio. a adição de produtos ao sistema desloca o equilíbrio no sentido de formação de reagentes, diminuindo o valor da constante de equilíbrio. a adição de reagentes ou de produtos ao sistema não afeta o valor da constante de equilíbrio. a adição de reagentes ao sistema desloca o equilíbrio no sentido deformação de reagentes, diminuindo o valor da constante de equilíbrio. a adição de produtos ao sistema desloca o equilíbrio do sistema no sentido de formação de produtos, aumentando o valor da constante de equilíbrio.

4NH3(g) + 5O2(g) ⇄ 4NO2(g) + 6H2O(g), H<0 Exercícios de fixação (UERJ) A seguir, está representada a equação química balanceada que mostra a combustão da amônia, etapa fundamental na fabricação do ácido nítrico: 4NH3(g) + 5O2(g) ⇄ 4NO2(g) + 6H2O(g), H<0 Essa reação produzirá a quantidade máxima de NO2 (óxido de nitrogênio IV) nas seguintes condições de pressão e temperatura, respectivamente: alta – alta alta – baixa baixa – alta baixa – baixa

N2(g) + O2(g) ⇄ 2NO(g) H = +21,6 Kcal, Exercícios de fixação (PUC) O equilíbrio químico representado pela equação N2(g) + O2(g) ⇄ 2NO(g) H = +21,6 Kcal, apresentará rendimento máximo em NO: em temperaturas e pressões elevadas. em temperaturas e pressões baixas. em temperaturas elevadas e pressões baixas. em temperaturas elevadas independentemente da pressão. em pressões altas independentemente da temperatura. N=O

Exercícios de fixação Nas condições ambientes, é exemplo de sistema em estado de equilíbrio uma: xícara de café bem quente. garrafa de água mineral gasosa fechada. chama uniforme de bico de Bunsen. porção de água fervendo em temperatura constante. tigela contendo feijão cozido. Fonte: http://www.sempretops.com/estudo/equilibrio-quimico-exercicios/

Exercícios de fixação SO2(g) + ½O2(g) ⇄ SO3(g) (UFV/2011) Uma das etapas de fabricação do ácido sulfúrico é a conversão de SO2 a SO3, numa reação exotérmica, que ocorre segundo a equação abaixo: SO2(g) + ½O2(g) ⇄ SO3(g) Em relação ao equilíbrio dessa reação, é CORRETO afirmar que o aumento da pressão, mantida à temperatura constante, favorece a formação de SO2. o uso de um catalisador aumenta a concentração de SO3 no equilíbrio. o aumento da temperatura favorece a formação de SO2. o aumento da velocidade de produção de SO3 aumenta sua concentração no equilíbrio.

Atividade de fixação Montar a seguinte tabela no caderno de atividades e completá-la com os efeitos relacionados. Fator (perturbação) Aumento provoca deslocamento do equilíbrio para... Diminuição provoca deslocamento do equilíbrio para... Concentração   Pressão Temperatura Catalisador

Tabela de Imagens n° do slide direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se conseguiu a informação Data do Acesso   5 Autor desconhecido/ Domínio Público http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lechatelier.jpg?uselang=pt-br 30/08/2012 11 Chemicalinterest/ Domínio Público http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cobalt_chloride_equilibrium.JPG?uselang=pt-br 15 André Luis Carvalho; Leandro Maranghetti Lourenço/ Domínio Público http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vidrarias_de_Laboratorio.jpg?uselang=pt-br 17 VistaICO.com/ Creative Commons Attribution 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:1328101911_Symbol-Check.png 19 20