EQUILÍBRIO QUÍMICOEQUILÍBRIO QUÍMICO

A + B C + D

Equilíbrio Químico

- Equilíbrio químico é a parte da físico-química que estuda as

reações reversíveis e as condições para o estabelecimento desta

atividade equilibrada.

- Qualquer sistema em equilíbrio representa um estado dinâmico no

qual dois ou mais processos estão ocorrendo ao mesmo tempo e na

mesma velocidade.

- As reações da química analítica, as reações na natureza e os

principais processos industriais de produção de substâncias são em

sua maioria reversíveis, ou seja, desenvolvem-se ao mesmo tempo

e em direções opostas.

- Assim são, por exemplo, a síntese da amônia e do ácido sulfúrico,

a solução saturada de carbonato de cálcio e o equilíbrio do ozônio

estratosférico com o oxigênio comum:

a A + b B c C + d D

V1

V2

- A causa do estabelecimento do equilíbrio químico é a nivelação

das velocidades da reação direta (para a direita) e a da inversa (para

a esquerda) que se realiza como conseqüência das mudanças de

concentração das substâncias.concentração das substâncias.

- Duas condições são fundamentais para que se estabeleça o

equilíbrio químico: que o sistema esteja fechado e que a

temperatura e pressão permaneçam constantes.

V1 = V2

Características do equilíbrio químico:

- A velocidade da reação direta (V1) é igual à velocidade da reação inversa (V2)

a A + b B c C + d D

V1

V2

O que existe, na verdade, são duas reações opostas que ocorrem com a

mesma velocidade.

- O equilíbrio é dinâmico: ambas as reações continuam ocorrendo, só que com

igual velocidade. O equilíbrio químico é mantido permanentemente pela

igualdade das velocidades das reações químicas opostas (microscopicamente

tudo continua).

- As concentrações de todas as substâncias presentes no equilíbrio

- As propriedades macroscópicas (cor, estado físico, volume,

densidade) permanecem constantes, ou seja, externamente não se

percebe nenhuma alteração no sistema, apesar de seu caráter

dinâmico.

Características do equilíbrio químico:

permanecem constantes ao longo do tempo. Isto permite

caracterizar o equilíbrio por meio de um número, a constante de

equilíbrio, que indica a relação das concentrações entre reagentes e

produtos.

Análise gráfica do equilíbrio:

- Podemos construir vários tipos de gráficos, colocando na

ordenada a velocidade da reação direta (V1) e indireta (V2), as

concentrações de reagentes ou produtos ou ambos, em função do

tempo:

- Observe nestes gráficos que a concentração do reagente é máxima

no início e que diminui com o passar do tempo até ficar constante,

enquanto que a concentração do produto é mínima no início e

aumenta com o passar do tempo até ficar constante, ou seja, até

atingir o equilíbrio.

[P]>[R]

- A situação de equilíbrio em relação às concentrações de reagente

e produto pode ser de três tipos:

[P]>[R]

[R]>[P]

O princípio de Le Chatelier:

- Em 1888, o químico francês Henri Le Chatelier (1850-1936)

lançou uma generalização simples, mas de grande alcance, a

respeito do comportamento do sistema em equilíbrio.

“Aplicando-se uma perturbação qualquer a um sistema em

equilíbrio, o sistema responderá de forma a minimizar o efeito

desta perturbação e restaurar o equilíbrio sob um novo

conjunto de condições”.conjunto de condições”.

- Este princípio se aplica aos fatores que podem deslocar o

equilíbrio químico, que são: concentração, temperatura e pressão.

Efeito da concentração sobre a Velocidade da Reação e

Equilíbrio:

- Se em um sistema em equilíbrio se modifica a concentração de

uma das substâncias envolvidas, como a velocidade da reação é

diretamente proporcional à concentração desta substância, a

velocidade num dos sentidos da reação será maior,

conseqüentemente, o equilíbrio se desloca para o lado que

permitirá que novamente estas velocidades se igualem. Alterando

as concentrações das substâncias e mantendo o equilíbrio.

Consideremos o efeito da variação de concentração na mistura

em equilíbrio cloro e água. A equação de equilíbrio é:

Cl2 + 2 H2O HOCl + H3O+ + Cl-

Esquerda

Direita

Esquerda

Direita

Esquerda

Efeito da pressão sobre o Equilíbrio e a Velocidade da Reação:

- O fator pressão só interfere no equilíbrio químico que apresenta

substâncias gasosas e quando há variação de número de mols entre

reagentes e produtos destas substâncias gasosas.

Exemplo:

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

1mol 3 mols 2 mols

O lado esquerdo da reação representa 4 mols de gás combinando-se

para dar 2 mols no lado direito.

Um aumento na pressão total do sistema desloca o equilíbrio para a

direita.direita.

Exemplo:

N2(g) + O2(g) 2 NO(g)

1mol 1 mol 2 mols

- Quando a reação gasosa se processa sem variação de volume (sem

variação de número de mols), a variação de pressão não provoca

deslocamento do equilíbrio.

Efeito da temperatura sobre o Equilíbrio e a Velocidade da

Reação:

- As reações químicas ocorrem sempre com variação de calor: temos aquelas que

liberam calor (exotérmicas) e aquelas que absorvem calor (endotérmicas).

Efeito da temperatura sobre o Equilíbrio e a Velocidade da

Reação:

O calor pode ser considerado um reagente em reações

endotérmicas ou um produto em reações exotérmicas.

Portanto, a temperatura é análoga à concentração, ao se

aplicar o Princípio de Le Chatelier aos efeitos do calor em

uma reação química.

Exemplo1:

C(s) + CO2(g) + calor 2 CO(g)

A reação é endotérmica e, como pode ser visto, o equilíbrioA reação é endotérmica e, como pode ser visto, o equilíbrio

desloca-se para a direita em temperaturas mais elevadas.

Exemplo2:

PCl3(l) + Cl2(g) PCl5(s) + 88 kJ

Neste caso a reação é exotérmica. O calor fará com que o

produto PCl5, se decomponha, regenerando o PCl3 e o Cl2.

Portanto, o calor desloca o equilíbrio para a esquerda.

Constante de Equilíbrio:

- Constante de equilíbrio é a constante obtida a partir das concentrações mol/L

ou das pressões parciais das substâncias envolvidas no equilíbrio:

A B

KEq = [ B ]

[ A ]

KEq > 1 = [ B ] > [ A ]

K < 1 = [ A ] > [ B ]KEq < 1 = [ A ] > [ B ]

Keq varia com a temperatura

Exemplos:

N2 + 3H2 2NH3

t°C Keq

200 0,4

300 4.10-3

400 2.10-4

1) Escrever a expressão da constante de equilíbrio (Keq)

para as seguintes reações genéricas de equilíbrios

homogêneos:

a) 2A + 3B C + 4D

b) X 2Y + M

2) Em determinadas condições de pressão e temperatura,

um frasco fechado contém 0,4 mol/L de O3(g) em equilíbrio

com 0,2 mol/L de O2(g), de acordo com a seguinte equação:

3 O2 2 O3

Determine o valor de Keq.