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Aula equilibrio quimico

1. Equilíbrio Químico ‹#›

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. 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. ‹#›

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6. Reversibilidade de reações químicas Um exemplo de reação reversível é a da produção da amônia (NH 3 ), a partir do gás hidrogênio (H 2 ) e do gás nitrogênio (N 2 ) — que faz parte do Processo de Haber: N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(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 N 2 O 4 congelado e incolor. À temperatura ambiente, ele se decompõe em NO 2 marrom: N 2 O 4 ( g ) → 2NO 2 ( g ). Em um determinado momento, a cor pára de se alterar e temos a mistura de N 2 O 4 e NO 2 . 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 ‹#›

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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. No equilíbrio, tanto de N 2 O 4 reage para formar NO 2 quanto de NO 2 reage para formar outra vez N 2 O 4 : 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 V A = V B = k [A] = k [B]. ‹#›

13. 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. N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(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. Constantes de equilíbrio 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] ‹#›

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

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19. Portanto, Onde: ‹#›

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23. Para uma reação geral a expressão dA constante de equilíbrio para tudo em solução é onde K eq é A constante de equilíbrio. A constante de equilíbrio ‹#›

24. Escreva a expressão da constante de equilíbrio para as equações abaixos: 2NO (g) + Cl 2 (g) ↔ 2NOCl (g) Fe(s) + Cu 2+ (aq) ↔ Fe 2+ (aq) + Cu (s) CO 2 (g) + Ca(OH) 2 (aq) ↔ CaCO 3 (s) + H 2 O (l) ‹#›

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

26. 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: H 2 (g) + I 2 (g) ↔ 2HI (g) CaCO 3 (s) ↔ CaO (s) + CO 2 (g) ‹#›

27. 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. A constante de equilíbrio ‹#›

28. 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 . A constante de equilíbrio ‹#›

29. O sentido da equação química e K eq Um equilíbrio pode ser abordado a partir de qualquer sentido. Sentido direto: temos: A constante de equilíbrio ‹#›

30. O sentido da equação química e K eq No sentido inverso: A constante de equilíbrio ‹#›

31. Outras maneiras de manipular as equações químicas e os valores de K eq A reação tem o qual é o quadrado da constante de equilíbrio para A constante de equilíbrio ‹#›

32. Outras maneiras de se trabalhar as equações químicas e os valores de K eq A constante de equilíbrio para o sentido inverso é o inverso daquela para o sentido direto. N 2 O 4 (g) ⬄ 2NO 2 (g) Direto: Kc = (P NO2 ) 2 / (P N2O4 )= 6,46 (a 100 o C) Inverso: Kc= (P N2O4 )/(P NO2 ) 2 = 1/6,46 = 0,155 (a 100 o C) A constante de equilíbrio ‹#›

33. Quando uma reação é multiplicada por um número, a constante de equilíbrio é elevada àquela potência. N 2 O 4 (g) ⬄ 2NO 2 (g) Kc = (P NO2 ) 2 / (P N2O4 )= 6,46 (a 100 o C) 2 N 2 O 4 (g) ⬄ 4 NO 2 (g) Kc = (P NO2 ) 4 / (P N2O4 ) 2 = (6,46) 2 = 41,7 (a 100 o C) ‹#›

34. 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. ‹#›

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37. ‹#› 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.