Aula: Equilíbrio Químico

Aula: Equilíbrio Químico

(Cap. 9, 10 e 11 - Atkins Cap. 16, 17 e 18 – vol.2 - Kotz)

ACH4064 – LQRQ 2

Káthia M. Honório

2º semestre/2017

Reações e Equilíbrio Químico

SOLUÇÃO: pasta de dente!!!

Reações e Equilíbrio Químico

Algumas reações parecem gastar todos os reagentes:

Na realidade, permanecem pequenas quantidades de reagentes, sendo mais correto escrever:

Equilíbrio de uma reação

hipotética

Reação lenta, hipotética:

A + B C + D

reagentes produtos

Evolução da reação A + B C + D

t0 : reagentes A + B A+B →

t1: reagentes A+B diminuiram, foram gastos parcialmente e houve

formação de alguns produtos C+D

A+B → C+D

t2: o equilíbrio é estabelecido, formação de C+D é compensada

pela formação de A+B A+B C+D

Equilíbrio e Tempo

t0 : A + B →

t1: A + B → C + D

t2: A + B C + D

A

B

C ou D

t t0 t1 t2

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 alterar e tem-se

a mistura de N2O4 e NO2.

Equilíbrio químico: ponto em que as concentrações de

todas as espécies são constantes.

Conceito de Equilíbrio

Químico

incolor Castanho

Utilizando o modelo de colisão para N2O4(g) 2NO2(g):

À medida que a quantidade de NO2 aumenta, há uma

chance de duas moléculas de NO2 colidirem para

formar N2O4.

No início da reação, não existe nenhum NO2,

• não ocorre a reação inversa (2NO2(g) N2O4(g)).


Químico

Ponto no qual a velocidade de decomposição:

N2O4(g) 2NO2(g)

se iguala à velocidade de dimerização:

2NO2(g) N2O4(g).

Equilíbrio dinâmico

Equilíbrio dinâmico: a reação não parou, as

velocidades opostas são iguais.


Químico


Químico

À medida que a substância esquenta, ela começa a se decompor:

N2O4(g) 2NO2(g)

Mistura de N2O4 (inicialmente presente) e NO2

(inicialmente formado): marrom claro.

Quando NO2 suficiente é formado, ele pode reagir para formar N2O4:

2NO2(g) N2O4(g).


Químico

Equilíbrio: tanto N2O4 reage para formar NO2, quanto NO2

reage para formar outra vez N2O4:

A seta dupla significa que o processo é dinâmico.

Considere

Reação direta: A B Velocidade = kf [A]

Reação inversa: B A Velocidade = kr [B]

No equilíbrio: kf [A] = kr [B].


Químico

Equilíbrio:

À medida que a reação ocorre:

[A] diminui para uma constante,

[B] aumenta de zero para uma constante.

Quando [A] e [B] são constantes, o equilíbrio é

alcançado.

Alternativamente:

kf [A] diminui para uma constante,

kr [B] aumenta de zero para uma constante.

Quando kf [A] = kr [B], o equilíbrio é alcançado.

A B


Químico

Considere o processo de obtenção da amônia:

Inicialmente: uma mistura de nitrogênio e hidrogênio

(em quaisquer proporções)

• reação alcançará o equilíbrio com uma concentração

constante de N2, H2 e NH3.

Alternativamente: se houver apenas amônia (nenhum

nitrogênio ou hidrogênio)

• reação prosseguirá e N2 e H2 serão produzidos até

que o equilíbrio seja alcançado.


Químico

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

Não importa a composição inicial de reagentes e produtos: a mesma proporção de concentrações é alcançada no equilíbrio.

Constante de Equilíbrio

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

Reação geral na fase gasosa (pressões parciais):

Constante de equilíbrio:

onde Keq é constante de equilíbrio.


Reação geral (todas espécies em solução):

Constante de equilíbrio (em termos de concentração):

onde Keq é A constante de equilíbrio.


Keq: baseado nas concentrações em quantidade de

matéria de reagentes e produtos no equilíbrio.

Keq: não há unidade.

Expressão da constante de equilíbrio: razão

produtos/reagentes.

O mesmo equilíbrio é estabelecido não importando

como a reação começou.


Ordem de grandeza das constantes de equilíbrio

Constante de equilíbrio, K: razão entre produtos e

reagentes.

Quanto maior for K: mais produtos estarão presentes no

equilíbrio.

Quanto menor for K: mais reagentes estarão presentes

no equilíbrio.

Se K >> 1: produtos predominam no equilíbrio.


Ordem de grandeza das constantes de equilíbrio

Se K << 1: reagentes predominam no equilíbrio.


O sentido da equação química e Keq

Equilíbrio: abordado a partir de qualquer sentido.

Exemplo:


O sentido da equação química e Keq

Sentido inverso:


Outras maneiras de manipular as

equações químicas e os valores de Keq

Reação:

é o quadrado da constante de equilíbrio para


Outras maneiras de se trabalhar as equações

químicas e os valores de Keq

Constante de equilíbrio para o sentido inverso: é o

inverso daquela para o sentido direto.

Quando uma reação é multiplicada por um

número: constante de equilíbrio é elevada àquela

potência


Todos os reagentes e produtos estão em uma fase:

Equilíbrio Homogêneo.

Se um ou mais reagentes ou produtos estão em uma

fase diferente: Equilíbrio Heterogêneo.

Por exemplo,

experimentalmente, a quantidade de CO2 não parece

depender das quantidades de CaO e CaCO3.

Por quê?

Equilíbrios Heterogêneos

A concentração de um sólido ou um líquido puro

é sua densidade dividida pela massa molar.

Nem a densidade nem a massa molar é uma

variável, as concentrações de sólidos e líquidos

puros são constantes.


Pode-se ignorar as concentrações de líquidos

puros e sólidos puros nas expressões das

constantes de equilíbrio.

Quantidade de CO2 formada não dependerá

das quantidades de CaO e CaCO3 presentes.

Kc = [CO2]

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)


Equilíbrios Múltiplos

Equilíbrios Múltiplos - Exemplo

Etapas:

Colocar em uma tabela as concentrações iniciais e no equilíbrio

(ou pressões parciais) fornecidas.

Se a concentração inicial e no equilíbrio é fornecida para uma

espécie, calcular a variação na concentração.

Usar a estequiometria na linha de variação da concentração

apenas para calcular as variações nas concentrações de todas

as espécies.

Deduzir as concentrações no equilíbrio de todas as espécies.

Normalmente, a concentração inicial de produtos é zero.

(Este não é sempre o caso.)

Cálculo - Constante de

Equilíbrio

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1. Princípio de Le Châtelier

2. Equilíbrio Ácido-Base

3. Equilíbrio de solubilização/

precipitação

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