Conceito de estado de equilibrio

Autor: Sergio Alfredo Macore / Helldriver Rapper

1. CONCEITO DE EQUILÍBRIO QUÍMICO

O rigor, todas as reacções químicas são re­versíveis, isto é, ocorrem simultaneamente no sentido
reagentes → produtos e no sentido produtos → reagentes. Em muitos casos, po­rém, a reacção
no sentido produtos → reagen­tes ocorre em proporção tão pequena que, do ponto de vista
prático, essa reacção é conside­rada irreversível.
Consideremos uma reacção representada pela equação geral:
Exemplificando um equilíbrio químico
Sejam V1 e V2 as velocidades das reacções directas e inversa, respectivamente. Supondo que
essas reacções sejam elementares, temos:

V1 = K1 [A] [B] e V2 = K2 [C] [D]

No início da reacção, isto é, no instante em que misturamos a mols de A com b mols de B, V1
as­sume o seu valor máximo, porque [A] e [B] têm seus valores máximos. Com o decorrer do
tempo, [A] e [B] vão diminuindo, pois A e B vão sendo consumidos na reacção directa e,
consequentemente, V1 vai diminuindo.

À medida que C e D vão-se formando na reacção, suas concentrações vão aumentando e,
consequentemente, V2 aumenta com o decorrer do tempo.

Como V1 diminui e V2 aumenta, depois de al­gum tempo teremos V1 = V2. A partir desse
instan­te, [A], [B], [C] e [D] permanecem constantes, por­que, num mesmo intervalo de tempo, o
número de mols de cada substância consumidos numa reacção é igual ao número de mols
formados na reacção de sentido oposto.

Gráfico com equilíbrio químico
os reagentes se transformam em produtos e os produtos se transformam em reagentes.
No gráfico abaixo, os reagentes são representados por B e os produtos por A.

2. No instante em que V1 = V2, dizemos que o sis­tema atingiu o equilíbrio. A partir desse instante,
o sistema constitui um equilíbrio químico. Para calcular mos a velocidade usamos a seguinte
formula ;
Vm = -? [final - inicial]
?t
Equilíbrio químico é uma reacção reversível, na qual a velocidade da reacção directa é igual à
kvelocidade da reacção inversa. Consequentemente, as concentrações de todas as substâncias
participantes permanecem constantes.

3. CONSTANTE DE EQUILÍBRIO EM SISTEMAS HOMOGÊNEOS
Consideremos o equilíbrio representado pela equação geral:

Equilíbrio homogéneo

Supondo que as reacções nos dois sentidos se­jam elementares, temos:

v1 = k1 [A]a [B]b v2 = k2 [C]c [D]d

Equilíbrio → v1 = v2 → k1 [A]a [B]b = k2 [C]c [D]d

As constantes de equilíbrio, representadas por K, são determinadas a partir de dados
experimentais.
As concentrações H2, I2 e HI são diferentes para cada experimento, mas a relação entre elas
apresenta praticamente o mesmo valor, desde que mantida a temperatura. Essa expressão é
chamada Lei do Equilíbrio Químico ou Lei de Ação das Massa.

4. Constantes de equilíbrio (Kc)

As constantes de equilíbrio determinadas em bases nas concentrações em mol/L, são
representadas por Kc. Para o equilíbrio

CO2 (g) + Ca(OH)2(aq) CaCO3 (s) + H2O(l)
Representa-se assim a expressão de Kc, em termos de concentração:

Kc = _______1______
[CO2] . [Ca(OH)2]

Nas expressões de Kc, não se representam as concentrações de sólidos, nem de líquidos; e os
coeficientes estequiométricos são os expoentes das concentrações, em mol/L das substâncias
correspondentes das equações

5. Constantes de equilíbrio e pressões parciais (Kp)

Para os gases, também se pode escrever a pressão da lei de equilíbrio químico K, em termos das
pressões parciais. Para equilíbrio:
\
N2 (g) + 3 H2 (g) 2NH3 (g)

Tem-se a constante em termos das concentrações:

Kc = ___[NH3]2_____[N2] . [H2]3

Ou, em termos das pressões parciais:

Kp = ___(PNH3)2___(PN2) . (PH2)3


Relação entre Kc e Kp
Embora Kc e Kp representem valores constantes à mesma temperatura, elas não são
necessariamente iguais, onde:

Kp = Kc . (R . T) ∆n

Em que ∆n corresponde à variação da quantidade de matéria-prima referente aos coeficientes
estequiométricos em equilíbrio.

Expressões matemáticas

6. Cálculo das constantes de equilíbrio

Os valores numéricos das constantes de equilíbrio são determinados considerando-se suas
respectivas expressões, cada uma delas definida como: a multiplicação das concentrações dos
produtos , em mol/L, dividida pela multiplicação das concentrações dos reagentes, também em
mol/L com os respectivos coeficientes estequiométricos aplicados como expoentes das
concentrações, no estado de equilíbrio, no sentido direto da equação.

Interpretação do valor de Kc e extensão da reação

A grandeza do valor numérico para Kc, permite avaliar a extensão em que a reação prossegue
para chegar ao estado de equilíbrio. Vejamos em seguida, duas situações de equilíbrio e suas
respectivas constantes a 25ºC.

No equilíbrio:

NH3 (g) + H2O (l) NH4+ (aq) + OH- (aq)

Temos:

Kc = 1,7 .10-5 mol-1 . L-1 =_[NH4-] [OH-]_
[NH3]

Como Kc representa a relação entre as concentrações dos produtos e dos reagentes e, nesse caso,
é um número pequeno, o denominador da expressão (concentração dos reagentes) deve
representar um número muito maior do que o numerador (concentração dos produtos), portanto,
quanto maior for o valor numérico de Kc, maior será a extensão da ocorrência de reação no
sentido direto, ou seja, no sentido de formação dos produtos.

7. Grau de equilíbrio (α)

O grau de equilíbrio demonstra a relação entre a quantidade de matéria, em mol, consumida e a
respectiva quantidade inicial de um determinado reagente.

α = _quantidade de matéria consumida (mol)_ α = _2 mol_, α = 0,4 ou 40%
quantidade de matéria inicial (mol) 5 mol



O valor numérico do grau de equilíbrio pode variar entre zero e um.

0 < α <1

Quociente de equilíbrio (Qc)

Quando uma reacção está caminhando para o estado de equilíbrio, pode-se determinar o
quociente de equilíbrio, Qc, da mesma maneira que se expressa a constante de equilíbrio, porém,
como o sistema ainda não chegou ao estado de equilíbrio, o valor de Qc é variável.

Qc = __[produtos] __
[reagentes]

A importância de conhecer o valor do Qc se deve ao fato de ele indicar que a reação em estudo
chegou ao estado de equilíbrio. Nesse caso, deve-se relacionar a constante de equilíbrio da
reação ao quociente de equilíbrio.

8. Características do equilíbrio

• No equilíbrio, a velocidade da reacção directa (v1) é a mesma velocidade da reacção inversa
(v2).
• O equilíbrio químico é um equilíbrio dinâmico.
• A impressão externa é de que tudo cessa, mas isso não ocorre. Tanto a reacção directa como a
inversa permanecem contínuas e sem interrupções, no entanto, com a mesma velocidade. A
igualdade das velocidades directa e inversa mantém o equilíbrio químico contínuo.
• Como resultado disso, as concentrações de todas as substâncias presentes permanecem
constantes no decorrer do tempo.
• Qualquer reacção reversível tende, naturalmente, ao equilíbrio, pois ao atingir o equilíbrio o
sistema consome menos energia. E assim permanece, a não ser que algum factor externo interfira
nessa situação.
• Portanto, o equilíbrio químico é obtido apenas nas reacções que ocorrem em sistema fechado,
onde não há a introdução ou remoção de matéria ou de energia.
• Macroscopicamente tudo cessa, ou seja, a aparência externa do estado de equilíbrio mostra que
tudo parou, no entanto, sabemos que macroscopicamente (no plano molecular) ambas as
reacções continuam ocorrendo, com a mesma velocidade.