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Equilíbrio Químico
É uma reação reversível na qual a velocidade da reação direta é igual à velocidade da reação
inversa.
CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES
Uma reação química diz-se completa quando leva ao esgotamento de pelo
menos um dos reagentes.
Uma reação química diz-se incompleta quando no final existe
uma mistura de todos os reagentes e de todos os produtos da reação.
Reações irreversíveis são reações em que, mesmo em sistema fechado, os produtos da reação não reagem entre
si para regenerar os reagentes.
Reações reversíveis são reações em que, em sistema fechado, os produtos
da reação reagem entre si regenerando os reagentes.
CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES
Nas reações reversíveis coexistem as reações direta em que os reagentes
originam os produtos de reação e inversa em que os produtos de reação regeneram
os reagentes.
Reação direta e reação inversa
Reação direta
Reação inversa A e B - são os reagentes; C e D - são os produtos da reação; a, b, c, d - são os coeficientes estequiométricos; Vd - é a velocidade da reação direta; Vi - é a velocidade da reação inversa.;
Convenções usadas na representação das reações direta e inversa.
Reação direta ou
Sentido direto da reação
Reação inversa ou
Sentido inverso da reação
Transformação
representada na equação
química com a seta a
apontar para a direita:
Transformação representada
na equação química com a
seta a apontar para a
esquerda:
Reagentes do lado esquerdo
e produtos da reação do
lado direito.
Produtos da reação do lado
esquerdo e reagentes do
lado direito.
Velocidade das reações no equilíbrio
No equilíbrio a velocidade da reação direta é igual à velocidade da reação inversa.
No equilíbrio químico não há alteração das propriedades macroscópicas (pressão, volume, temperatura, cor…) do sistema reacional.
V1 – velocidade da reação direta. V2 – velocidade da reação inversa.
Velocidade das reações no equilíbrio
No início existe um maior número de choques entre as moléculas dos reagentes (estão em maior quantidade) por isso a velocidade da reação direta é máxima e a velocidade da reação inversa é nula.
À medida que a reação prossegue, diminui o número das moléculas dos reagentes e aumenta o número de moléculas dos produtos da reação, logo a velocidade da reação direta diminui e a velocidade da reação inversa vai
De acordo com a teoria das colisões:
Velocidade das reações no equilíbrio
Há situações em que a concentração dos reagentes e dos produtos da reação se mantém constante mesmo em sistema aberto – o sistema está num estado estacionário
Formação e decomposição do ozono
Concentração das espécies reacionais
Reação direta: • Começa a desenrolar-se logo no início; • A rapidez vai diminuindo à medida que diminui a quantidade de reagentes.
Reação inversa: • Ocorre logo que se começam a formar os produtos; • A sua rapidez aumenta progressivamente.
Em determinado instante a rapidez da reação direta e inversa igualam-se tornando-se constantes as concentrações de cada espécie química.
Concentração das espécies reacionais
As variações de concentração tornam-se cada vez menos acentuadas; Por fim, a concentração de todas as espécies químicas fica constante o que significa que se atingiu o equilíbrio químico.
EQUILÍBRIO
QUÍMICO
A reação direta e a
reação inversa
continuam a ocorrer
com igual velocidade.
A concentração das
substâncias presentes
mantém-se constante.
Não há mudanças
observáveis nas propriedades
macroscópicas do sistema
(cor, pressão, temperatura…
Evolução do sistema para o estado de equilíbrio
Características do equilíbrio químico
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)
A reação de síntese do amoníaco também atinge o equilíbrio químico em sistema fechado.
Quando todos os reagentes e produtos estão na mesma fase temos um equilíbrio químico homogéneo.
Curvas de variação das concentrações dos reagentes e dos produtos de reação em função do tempo
Evolução temporal das concentrações de H2, N2 e NH3, partindo de uma situações em que N2 e H2 têm o dobro da concentração de NH3.
Evolução temporal das concentrações de H2, N2 e NH3, partindo de uma situações em que existe apenas NH3 no vaso reacional.
Há uma infinidade de estados de
equilíbrio que se podem obter a partir
de diferentes concentrações iniciais.
EQUILIBRIO QUÍMICO
CO (g) + H2O (g) CO2 (g) + H2 (g)
Uma das reações associadas ao processo Haber-Bosch envolve a conversão de monóxido de carbono em dióxido
de carbono e hidrogénio.
Era ótimo que esta reação fosse completa mas à medida que se forma CO2 e H2 estes reagem entre si formando CO e H2O.
Aspetos quantitativos do equilíbrio químico
Este quociente é constante e é designado constante de equilíbrio.
Da análise da tabela conclui-se que para uma dada reação pode haver uma infinidade de estados de equilíbrio;
As quantidades das substâncias
presentes no equilíbrio dependem das quantidades iniciais de reagentes;
À mesma temperatura e para uma
mesma reação há uma relação que se mantém constante – a constante de
equilíbrio, Ke.
Constante de Equilíbrio
Constante de equilíbrio
|A|e – valores de concentração da espécie química A, no
equilíbrio, em mol/dm3.
Kc – constante de equilíbrio em concentração (adimensional)
a, b, c, d – são os coeficientes estequiométricos
aA + bB cC + dD
a b
d c
Num sistema em equilíbrio químico é constante a razão entre o produto das
concentrações dos produtos da reação e o produto da concentração dos
reagentes, elevados aos respetivos coeficientes estequiométricos
Constante de Equilíbrio
Lei de Guldberg e Waage
Características da Constante de Equilíbrio
I. Para uma dada reação, mantendo constante a temperatura, Ke, é sempre a mesma e não depende da concentração inicial dos reagentes;
II. O valor da constante de equilíbrio depende da natureza da reação e da temperatura;
III.Para uma mesma temperatura, a constante de equilíbrio de uma dada reação é sempre a mesma;
IV. Ainda que à mesma temperatura Ke varia muito de reação para reação.
Exemplo de um equilíbrio químico
Relação entre a extensão da reação e o KC
A reação é muito extensa
A reação é pouco extensa
A extensão da reação direta é muito superior à extensão da reação inversa.
A extensão da reação inversa é muito superior à extensão da reação direta.
Relação entre a extensão da reação e KC
Reação Concentração de
reagentes e produtos
Valor de Kc
Muito extensa No equilíbrio a
concentração de produtos é
muito maior que a
concentração de reagentes.
Elevado.
Pouco extensa No equilíbrio a
concentração de produtos é
muito menor que a
concentração de reagentes.
Reduzido.
Características do equilíbrio químico
A constante de equilíbrio da reação inversa é o inverso da constante de equilíbrio da reação direta.
Reação incompleta Kc não é elevado
Reação completa Kc é muito elevado
Nesta situação os coeficientes estequiométricos são iguais a 1.
Neste sistema reacional o reagente consome-se totalmente. Trata-se de uma reação irreversível.
Neste sistema reacional atinge-se o estado de equilíbrio ao fim de aproximadamente 80 s. A partir desse instante, as concentrações de A e de B não variam.
Exercício 1
O monóxido de carbono e o hidrogénio reagem de acordo com a
seguinte equação:
CO (g) + 3 H2 (g) CH4 (g) + H2O (g)
Quando 1,000 mol de CO e 3,000 mol de H2 reagem num
balão de 10,0 dm3 a uma temperatura de 927 ºC e
atingem o equilíbrio, a mistura em equilíbrio contém
0,387 mol de H2O.
Qual a composição molar da mistura em equilíbrio, ou
seja, que quantidade de cada substância está presente na
mistura em equilíbrio?
Exercício 2
Num recipiente fechado introduziram-se 1,00 mol de H2 (g) e
1,00 mol de I2 (g).
Aqueceu-se a mistura e verificou-se que, quando se atingiu o
equilíbrio, 80% do iodo tinha sido consumido.
Qual a composição da mistura no equilíbrio?
H2 (g) + I2 (g) 2 HI (g)
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