Equilíbrio Químico Profa. Karen.

Apresentação em tema: "Equilíbrio Químico Profa. Karen."— Transcrição da apresentação:

1 Equilíbrio Químico Profa. Karen

2 Conceito de equilíbrio
Um equilíbrio químico é a situação em que a proporção entre as quantidades de reagentes e produtos em uma reação química se mantém constante ao longo do tempo.

3 Reagentes  produtos e Produtos  reagentes
Teoricamente, toda a reação química ocorre nos dois sentidos: Reagentes  produtos e Produtos  reagentes Contudo, em certas reações, como a de combustão, virtualmente 100% dos reagentes são convertidos em produtos, e não se observa o contrário ocorrer (ou pelo menos não em escala mensurável); tais reações são chamadas de irreversíveis.

4 Há também uma série de reações nas quais logo que certa quantidade de produto(s) é formada, este(s) torna(m) a dar origem ao(s) reagente(s); essas reações possuem o nome de reversíveis. O conceito de equilíbrio químico praticamente restringe-se às reações reversíveis.

5

6 Reversibilidade de reações químicas
Um exemplo de reação reversível é a da produção da amônia (NH3), a partir do gás hidrogênio (H2) e do gás nitrogênio (N2) — que faz parte do Processo de Haber: N2(g) + 3H2(g) NH3(g) Note-se que a seta dupla ( ) significa que a reação ocorre nos dois sentidos, e que o subscrito (g) indica que a substância se encontra na fase gasosa.

7 Considere o N2O4 congelado e incolor
Considere o N2O4 congelado e incolor. À temperatura ambiente, ele se decompõe em NO2 marrom: N2O4(g)  2NO2(g). Em um determinado momento, a cor pára de se alterar e temos a mistura de N2O4 e NO2. Equilíbrio químico é o ponto em que as concentrações de todas as espécies são constantes.

8 Para um sistema qualquer representado por: A + B C + D
A rapidez varia a partir do inicio da reação até atingir a situação de equlibrio. O gráfico a seguir mostra essa variação. V1 V2

9

10 Considerando-se as variações de reagentes e produtos, temos:

11 Deve-se salientar que quando uma reação atinge o equilíbrio ela não para. Ela continua se processando, porém tanto a reação direta como a inversa ocorrem à mesma velocidade, e desse jeito a proporção entre os reagentes e os produtos não variam . Por outras palavras, estamos na presença de um equilíbrio dinâmico.

12 A seta dupla significa que o processo é dinâmico. Considere
No equilíbrio, tanto de N2O4 reage para formar NO2 quanto de NO2 reage para formar outra vez N2O4: A seta dupla significa que o processo é dinâmico. Considere Reação direta: A  B Velocidade = k[A] Reação inversa: B  A Velocidade = k[B] No equilíbrio VA = VB = k[A] = k[B].

13 A + B C + D Para um equilíbrio escrevemos:
À medida que a reação progride [A] e [B] diminuem para uma constante, [C] e [D] aumentam de zero para uma constante. Quando [A], [B] e [C], [D] são constantes, o equilíbrio é alcançado. k[A] diminui para uma constante, k[B] aumenta de zero para uma constante. Quando k[A] = k[B], o equilíbrio é alcançado. A + B C + D

14 Equilíbrio Homogêneo e Heterogêneo
Quando todas as substâncias envolvidas no equilíbrio se encontram no mesmo estado físico diz-se que temos um equilíbrio homogêneo, que é o caso de todos os equilíbrios apresentados aqui até então. N2(g) + 3H2(g) NH3(g)

15 Analogamente, os equilíbrios onde estão envolvidas mais de uma fase são chamados de equilíbrios heterogêneos, como o seguinte: Ni(s) + 4CO(g) Ni(CO)4(g) Note-se que o subscrito (s) significa que a espécie se encontra no estado sólido. Equilíbrios heterogêneos, como este, frequentemente apresentam ao menos um sólido ou um líquido.

16 Considere o gráfico abaixo:
Qual variável o eixo das ordenadas representa, considerando-se que o sistema atinge o equilibrio a partir de determinado tempo? Justifique. Indique no gráfico, o momento em que a reação entra em equlíbrio. Escreva uma equação genérica que possa ser representada pelo gráfico, identificando os reagentes e os produtos pelas respectivas cores das curvas.

17 Quando uma reação química exotérmica atinge o equilíbrio, são válidas todas as afirmativas abaixo, exceto: a) As velocidades da reação nos sentidos direto e inverso se igualam. b) A energia de ativação é a mesma nos sentidos direto e inverso. c) A reação ocorre com liberação de calor. d) As concentrações de reagentes e produtos permanecem inalteradas. e) A reação inversa é endotérmica

18 Represente, por meio de gráfico, a rapidez da reação direta e da reação inversa até atingir o estado de equilíbrio para a reação: 2 SO2 (g) + O2 (g) SO3 (g) ↔

19 Considere a reação entre nitrogênio e hidrogênio:
(v1 e v2 são as velocidades das reações direta e inversa) Quando se estabelece o equilíbrio químico é possível afirmar que: a) [N2] = [H2]. b) [NH3] = constante. c) [N2] = [NH3]. d) v2 > v1. e) v1 > v2 .

20 Constantes de equilíbrio K = [produtos]/[reagentes]
As constantes de equilíbrio, representadas por K, são determinadas a partir de dados experimentais . Por conta da análise de uma grande quantidade de dados, chegou-se a uma expressão genérica para todos os equilíbrios: K = [produtos]/[reagentes]

21 Constantes de equilíbrio (Kc)
As constantes de equilíbrio determinadas com base nas concentrações em mol/L, são representadas por Kc.

22

23 Portanto, Onde:

24

25

26

27 A constante de equilíbrio
Para uma reação geral a expressão dA constante de equilíbrio para tudo em solução é onde Keq é A constante de equilíbrio.

28 Escreva a expressão da constante de equilíbrio para as equações abaixos:
2NO (g) + Cl2 (g) ↔ 2NOCl (g) Fe(s) + Cu2+ (aq) ↔ Fe2+ (aq) + Cu (s) CO2 (g) + Ca(OH)2 (aq) ↔ CaCO3 (s) H2O (l)

29 Constantes de equilíbrio e pressões parciais (Kp)
Para os gases, também se pode escrever a expressão da lei de equilíbrio químico, K, em termos de pressões parciais. Para o equilíbrio:

30 Para expressar a lei de equilíbrio em termos das pressões parciais, basta que apenas uma das espécies do equilíbrio esteja no estado gasoso. Escreva a expressão da constante de equlíbrio Kp para as seguintes reações: H2 (g) + I2 (g) ↔ 2HI (g) CaCO3 (s) ↔ CaO (s) + CO2 (g)

31 A constante de equilíbrio
Ordem de grandeza das constantes de equilíbrio A constante de equilíbrio, K, é a razão entre produtos e reagentes. Conseqüentemente, quanto maior for K, mais produtos estarão presentes no equilíbrio. De modo inverso, quanto menor for K, mais reagentes estarão presentes no equilíbrio.

32 A constante de equilíbrio
Ordem de grandeza das constantes de equilíbrio Se K >> 1, então os produtos predominam no equilíbrio e o equilíbrio encontra-se à direita. Se K << 1, então os reagentes predominam no equilíbrio e o equilíbrio encontra-se à esquerda.

33 A constante de equilíbrio O sentido da equação química e Keq
Um equilíbrio pode ser abordado a partir de qualquer sentido. Sentido direto: temos:

34 A constante de equilíbrio O sentido da equação química e Keq
No sentido inverso:

35 A constante de equilíbrio
Outras maneiras de manipular as equações químicas e os valores de Keq A reação tem o qual é o quadrado da constante de equilíbrio para

36 A constante de equilíbrio
Outras maneiras de se trabalhar as equações químicas e os valores de Keq A constante de equilíbrio para o sentido inverso é o inverso daquela para o sentido direto. N2O4 (g)  2NO2(g) Direto: Kc = (PNO2 )2/ (PN2O4)= 6,46 (a 100oC) Inverso: Kc= (PN2O4 )/(PNO2 )2= 1/6,46 = 0,155 (a 100oC)

37 Quando uma reação é multiplicada por um número, a constante de equilíbrio é elevada àquela potência.
N2O4 (g)  2NO2(g) Kc = (PNO2 )2/ (PN2O4)= 6,46 (a 100oC) 2N2O4 (g)  4NO2(g) Kc = (PNO2 )4/ (PN2O4)2= (6,46)2 = 41,7 (a 100oC)

38 Constante para a soma de reações
Se uma reação química pode ser expressa pela soma de duas ou mais reações (ou etapas individuais), então: Kc da reação global será a multiplicação das constantes de cada uma das reações individuais.

39

40

41 Em determinadas condições de T e P, existe 0,5 mol/L de N2O4 em equilíbrio com 2 mol/L de NO2, segundo a equação: N2O4 (g)  2NO2 (g). Qual o valor da constante (Kc ) desse equilíbrio nessas condições e indique o sentido da reação.