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18/08/2015
1
Capítulo
23
Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Conceito de equilíbrio químico
Colocou-se 1 mol de N2O
4 em um recipiente de 1 L,
mantido à temperatura constante de 100 ºC.
Com o passar do tempo, a coloração
castanha vai se tornando cada vez mais
intensa até atingir um momento a partir do
qual permanece constante. Uma análise
revela que, além do NO2 produzido, ainda
resta N2O
4 dentro do recipiente.
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
N2O
4 (g) → 2 NO4 (g)
Incolor Castanho
T empo
Coloração permanece
constante
As concentrações
permanecem constantes:
[N 2
O 4
] = 0,74
mol/L
[NO 2
] = 0,52
mol/L
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Conceito de equilíbrio químico
Nem a reação direta, N2O
4 2 NO
2 , nem a
inversa, 2 NO2 N
2O
4 , se processam
completamente. Ambas parecem parar em
um ponto intermediário, que é denominado
situação de equilíbrio químico.
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
N2O
4 (g) ⇌ 2 NO4 (g)
Incolor Castanho
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Conceito de equilíbrio químico
Equilíbrios homogêneos e heterogêneos
Equilíbrios homogêneos são aqueles em que todos os
participantes estão em uma mesma fase.
Equilíbrios heterogêneos são aqueles em que os participantes
estão em mais de uma fase.
N2O
4 (g) ⇌ 2 NO
2 (g)
CH3COOH (aq) ⇌ H+ (aq) + CH
3COO
– (aq)
Reagentes e produtos na fase gasosa
Reagentes e produtos na fase aquosa
NH4Cl (s) ⇌ NH
3 (g) + HCl (g)
Mg(OH)2 (s) ⇌ Mg
2+ (aq) + 2 OH– (aq)
Há mais de uma fase no sistema em equilíbrio (uma sólida e uma gasosa)
Há mais de uma fase no sistema em equilíbrio (uma sólida e uma aquosa)
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Equacionando matematicamente o equilíbrio
Constante de equilíbrio em função das concentrações
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
N2O
4 (g) ⇌ 2 NO
2 (g)
v1
v1 = k1 [N2O
4]
N2O
4 (g) 2 NO
2 (g)
Reação direta
teq Tempo
N2O
4 (g) 2 NO
2 (g)
Reação inversa
teq Tempo
v2
v2 = k2 ∙ [NO2]2
teq (instante em que o equilíbrio químico é atingido)
Tempo
v
v1 = k1 ∙ [N2O
4]
v2 = k2 ∙ [NO2]2
v1 = v2 Equilíbrio químico
k1/k2 = constante denominada constante de equilíbrio em função das concentrações (KC).
v1 = v2 ⇒ k1 ∙ [N2O
4] = k2 ∙ [NO
2]2 ⇒ = = constante
k1
k2
[NO2]2
[N2O
4]
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Significado: a uma certa temperatura fixa, quando a reação
estiver em equilíbrio químico, as concentrações de N2O
4 e
NO2 obedecem à relação que diz que o resultado do cálculo
[NO2]2 / [N
2O
4] é igual a um valor numérico fixo, KC.
Constante de equilíbrio em função das concentrações
Equacionando matematicamente o equilíbrio
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
N2O
4 (g) ⇌ 2 NO
2 (g)
[NO2]2
[N2O
4]
Kc =
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
O valor da constante de equilíbrio para uma reação, em
uma certa temperatura, não depende das concentrações
iniciais de reagentes e de produtos.
Constante de equilíbrio em função das concentrações
Equacionando matematicamente o equilíbrio
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Início No equilíbrio
[N2O
4]i(mol/L) [NO
2]i (mol/L) [N
2O
4]eq(mol/L) [NO
2]eq(mol/L)
1,0 0,0 0,74 0,52 0,36
2,0 0,0 1,62 0,76 0,36
3,0 0,0 2,52 0,96 0,36
Dados para o equilíbrio N2O
4(g) ⇌ 2 NO
2 (g), a 100 oC
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Constante de equilíbrio em função das concentrações
Generalizando o conceito de KC
Representação referente a um equilíbrio homogêneo:
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
a A + b B ⇌ c C + d D
Supondo elementares as reações direta e inversa:
Reação direta: v1 = k1 [A]a [B]b
Reação inversa: v2 = k2 [C]c [D]d
Igualando v1 e v2 temos:
k1 [A]a [B]b = k2 [C]c [D]d ⇒ = = constante
k1
k2
[C]c [D]d
[A]a [B]b
a A + b B ⇌ c C + d D Kc =
[C]c [D]d
[A]a [B]b
Reagentes
Produtos
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Constante de equilíbrio em função das concentrações
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Em um recipiente de 1 L são introduzidos 5,0 mol de N2O
4 que se
transformam em NO2: N
2O
4 (g) ⇌ 2 NO
2 (g). Uma vez atingido o
equilíbrio, resta no sistema 1,3 mol de reagente. Calcule KC na
temperatura desse experimento.
Início 5,0 ―
Reagiu 3,7 ―
Formou ― 7,4
No equilíbrio 1,3 7,4
Concentração inicial do reagente
Chegamos a esse valor assim:
5,0 – 1,3 = 3,7
Os locais em rosa guardam a proporção dos
coeficientes: 1 : 2
3,7 : 7,4
Concentrações que colocamos na
expressão de KC
Os locais em cinza não serão usados
N2O
4 (g) ⇌ 2 NO
2 (g)
Kc = 42
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Constante de equilíbrio em função das concentrações
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Espontaneidade de uma reação
2 SO2 (g) + O
2 (g) ⇌ 2 SO
3 (g) KC = 9,9 10+25
Uma reação é tanto mais favorecida (mais espontânea), ou seja,
tende a formar maior quantidade de produto a uma certa
temperatura, quanto maior for o valor da sua constante de equilíbrio
nessa temperatura.
O numerador é 9,9 ∙ 1025 vezes maior que o denominador. No equilíbrio há
mais produto do que reagente.
= 9,9 10+25 [SO
3]2
[SO2]2 [O
2]
N2 (g) + O
2 (g) ⇌ 2 NO (g) KC = 1,0 10−30
O denominador é 1,0 ∙ 1030 vezes maior que o numerador. No equilíbrio
há mais reagente do que produto.
= 1,0 10–30 [NO]2
[N2] [O
2]
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Constante de equilíbrio em função das concentrações
Esquematizando
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Equilíbrio químico
Concentração dos reagentes
constante
Concentração dos produtos
constante Reação direta
Reação inversa
Constante de equilíbrio Kc
Valor numérico
Reação Temperatura Não necessariamente iguais Velocidades iguais
implica implica
apresenta
tem um
com mas que depende da
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Constante de equilíbrio em função das concentrações
Esquematizando
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Valor ALTO de Kc Valor BAIXO de Kc
Pouco reagente
Muito produto Muito reagente
Pouco produto
indica que no equilíbrio há
indica que no equilíbrio há
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Constante de equilíbrio em função das concentrações
Grau de equilíbrio ()
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
quantidade, em mols, que reagiu até atingir o equilíbrio
quantidade, em mols, inicial de reagente
=
=
0,26 mol
1,00 mol
= 0,26 ou = 26%
N2O
4 (g) ⇌ 2 NO
2 (g)
Situação inicial
100 oC
N2O
4
N2O
4 NO
2
1 mol de N2O
4
0,74 mol de N2O
4
0,52 mol de NO2
1 L
Equilíbrio químico
100 oC
1 L
0,26 mol de N
2O
4 reage
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
A constante KP possui significado análogo a KC, porém só se aplica a
equilíbrios em que haja participação de gases.
Constante de equilíbrio em função das pressões
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Início No equilíbrio
(PN
2O
4
)i (atm) (PNO
2
)i (atm) (PN
2O
4
)eq (atm) (PNO
2
)eq (atm)
1,0 0,0 0,221 1,558 11
2,0 0,0 0,656 2,688 11
3,0 0,0 1,190 3,620 11
a A (g) + b B (g) ⇌ c C (g) + d D (g) KP =
(PC)c (PD)d
(PA)a (PB)
b
Reagentes
Produtos
N2O
4(g) ⇌ 2 NO
2 (g)
N2(g) + 3 H
2 (g) ⇌ 2 NH
3 (g)
KP =
(PNO
2
)2
PN
2O
4
KP =
(PNH
3
)2
(PN
2
) (PH
2
)3
Dados para equilíbrio N2O
4(g) ⇌ 2 NO
2 (g), a 100 oC
(PN
2O
4
)eq
(PNO
2
)2 eq
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Deslocamento de equilíbrio
Aumentando a concentração de N2O
4, o equilíbrio se desloca para a
direita, ou seja, a reação avança um pouco no sentido de consumir
N2O
4 e formar NO
2 até que os valores das concentrações voltem a
obedecer à expressão [NO2]2/[N
2O
4] = 0,36.
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Efeito da concentração
Aum
ento
da [
N2O
4]
pert
urb
a e
quilíb
rio
[ ]
A reação avança para o equilíbrio
1,5
1,0
0,5
0
Equilíbrio químico
O equilíbrio desloca-se
para a direita
Novo equilíbrio químico
Tempo
[NO2]
[N2O
4]
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Deslocamento de equilíbrio
Se fosse aumentada a concentração de NO2, o equilíbrio se deslocaria
para a esquerda no sentido de consumir NO2 e formar N
2O
4.
Raciocinando de modo similar, é possível concluir o que ocorreria se
retirássemos, de alguma maneira, N2O
4 ou NO
2 do sistema.
Aumentando a concentração de um participante, o equilíbrio
desloca-se no sentido do seu consumo.
Diminuindo a concentração de um participante, o equilíbrio
desloca-se no sentido da sua formação.
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Efeito da concentração
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
A foto A mostra uma solução na qual há o
equilíbrio:
com predominância dos reagentes, o que
confere cor rosa à solução.
A adição de uma solução concentrada de NaCl
(foto B) eleva a concentração de Cl− e desloca o
equilíbrio para a direita, fazendo a cor da
solução mudar para azul.
Deslocamento de equilíbrio
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
[Co(H2O)6]
2+ (aq) + 4 Cl– (aq) ⇌ [CoCl4]
2– (aq) + 6 H2O (l)
rosa
azul
Efeito da concentração
SÉRG
IO D
OTTA J
R./
CID
SÉRG
IO D
OTTA J
R./
CID
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Um aumento de pressão desloca um
equilíbrio para o lado em que há
menor volume gasoso.
Uma diminuição de pressão desloca
um equilíbrio para o lado em que há
maior volume gasoso.
Deslocamento de equilíbrio
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
N 2 O 4 (g)
NO 2 (g)
Mistura gasosa que participa do equilíbrio
N2O
4 (g) ⇌ 2 NO
2
Aumentando
o peso sobre
o êmbolo,
aumentamos
a pressão e
reduzimos
o volume
Êmbolo
1 N2O
4 (g) ⇌ 2 NO
2 (g)
1 volume
2 volumes
Efeito da pressão
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Efeito da pressão
Essas conclusões são válidas para todos os equilíbrios dos
quais participem gases.
Se o volume gasoso é igual em ambos os lados da equação, o
equilíbrio químico não é afetado pela pressão.
Deslocamento de equilíbrio
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
1 H2
(g) + 1 I2 (g) ⇌ 2 HI (g)
2 volumes 2 volumes
1 H2
(g) + 1 I2 (g) ⇌ 2 HI (g)
2 volumes 2 volumes
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Deslocamento de equilíbrio
Um aumento de temperatura desloca
um equilíbrio no sentido endotérmico
(sentido que absorve o calor).
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Água com gelo
Água morna
Efeito da temperatura
Uma diminuição de temperatura
desloca um equilíbrio no sentido
exotérmico (sentido que libera o calor).
Calor + N2O
4 (g)
endotérmico
exotérmico
2 NO2 (g)
∆Ho = +57,2 kJ
SÉRG
IO D
OTTA J
R./
CID
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Variação de KC com a temperatura
Deslocamento de equilíbrio
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Temperatura
Kc
Para uma reação endotérmica (∆H > 0), Kc aumenta com
o aquecimento
Para uma reação exotérmica (∆H < 0), Kc diminui com
o aquecimento
Temperatura
Kc
O aumento da temperatura provoca aumento da
constante de equilíbrio para reações endotérmicas
(H > 0) e diminuição para exotérmicas (H < 0).
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Deslocamento de equilíbrio
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Variação de KC com a temperatura
[Co(H2O)6]
2+ (aq) + 4 Cl– (aq) ⇌ [CoCl4]
2– (aq) + 6 H2O (l)
rosa
azul
H > 0
Na água morna, KC é maior e o equilíbrio
está deslocado para a direita.
SÉRG
IO D
OTTA J
R./
CID
Na água gelada, KC é menor e o equilíbrio
está deslocado para a esquerda.
SÉRG
IO D
OTTA J
R./
CID
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Catalisador não desloca equilíbrio. Um catalisador faz
com que um processo chegue mais rapidamente à situação
de equilíbrio químico.
O abaixamento da energia
de ativação provocado pelo
catalisador é o mesmo tanto
para a reação direta quanto
para a inversa.
Deslocamento de equilíbrio
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Efeito do catalisador
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Quanto maior for o valor da constante de ionização
de um ácido (Ka), maior será a força desse ácido.
A constante de basicidade é simbolizada por Kb, e para
ela valem conclusões análogas às que tiramos para Ka.
Equilíbrio químico em soluções de eletrólitos
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
O numerador é da ordem de 1010 vezes o denominador. Alta tendência para liberar H+.
Constante de ionização
Kc = 10+10 = [H+] [ClO
‒ ]
[HClO4]
4
HCN (aq) ⇌ H+ (aq) + CN‒ (aq) Kc = 4,9 10–10
Kc = 4,9 10–10 = [H+] ∙ [CN
‒ ]
[HCN]
O numerador é igual a 4,9 ∙ 10–10 vezes o denominador. Baixa tendência para liberar H+.
HClO4
(aq) ⇌ H+ (aq) + ClO (aq) Kc = 10+10−4HClO
4(aq) ⇌ H+ (aq) + ClO (aq) Kc = 10+10−
4
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Equilíbrio químico em soluções de eletrólitos
A Lei da Diluição de Ostwald
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
HA (aq) ⇌ H+ (aq) + A– (aq)
Grau de ionização () de um ácido
quantidade, em mols, ionizada / V
quantidade, em mols, dissolvida / V
=
=
⇒
[H+]
♏
[H+] = ♏
Fórmula válida para solução aquosa de monoácido
HA (aq) ⇌ H+ (aq) + A
– (aq)
Início ♏ — —
Reagiu ∙ ♏ — —
Formou — ∙ ♏ ∙ ♏
No equilíbrio ♏ (1 — ) ∙ ♏ ∙ ♏
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Equilíbrio químico em soluções de eletrólitos
A Lei da Diluição de Ostwald
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Lei da Diluição de Ostwald para monoácidos
Lei da Diluição de Ostwald para monobases
Ka =
[H+] [A–]
[HA] =
∙ ♏ ∙ ♏
♏ (1– ) ⇒ Ka =
2 ♏
1–
Ka =
2 ♏
1–
Kb =
2 ♏
1–
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Equilíbrio químico em soluções de eletrólitos
Para ácidos e bases fracos, é menor ou igual a 5% e o
denominador da expressão (1 ) pode ser considerado
aproximadamente 1.
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Simplificação para monoácidos fracos
Simplificação para monobases fracas
Quando diluímos uma solução de ácido ou base fracos, o
valor de ♏ diminui e, em consequência, deve aumentar
para que o produto 2 ♏ permaneça constante.
Ka = 2 ♏ Kb = 2 ♏
A Lei da Diluição de Ostwald
Constante (desde que a temperatura seja fixa) K = 2 ♏
O grau de ionização aumenta...
... quando a solução é diluída.
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Equilíbrio iônico da água: pH e pOH
Equilíbrio de autoionização da água:
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Produto iônico da água
H2O (l) ⇌ H+ (aq) + OH
– (aq)
Kc = [H+] [OH
–]
[H2O]
⇒ Constante (Kw) Kc ∙ [H2O] = [H+] [OH
–]
Constante denominada produto iônico da
água e simbolizada por Kw
Kw = [H+] [OH–]
Expressão do produto iônico da água
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Equilíbrio iônico da água: pH e pOH
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Produto iônico da água
Nesse contexto, definem-se:
Constante (desde que a temperatura seja fixa) Kw = [H+] [OH
–]
Altas concentrações de H+...
... correspondem a baixas concentrações de OH
–. E vice-versa.
Meio aquoso neutro: [H+] = [OH–]
Meio aquoso ácido: [H+] > [OH–]
Meio aquoso básico (ou alcalino): [H+] < [OH–]
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Equilíbrio iônico da água: pH e pOH
As escalas de pH e pOH
Kw = [H+] [OH] = 1,0 1014 (a 25 ºC)
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Na água pura,
[H+] = 1,0 10-7 mol/L
Água pura
SÉRG
IO D
OTTA J
R/C
ID
Meio neutro: [H+] = [OH−]
Já que
[H+] = 1,0 10−7 mol/L
então
[OH−] = 1,0 10−7 mol/L
pois assim:
10−7 10-7 = 10−14
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Equilíbrio iônico da água: pH e pOH
As escalas de pH e pOH
Kw = [H+] [OH] = 1,0 1014 (a 25 ºC)
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
No vinagre,
[H+] = 1,0 10-3 mol/L
Vinagre
ISA C
OD
INA D
E P
ED
RO
/CID
Meio ácido: [H+] > [OH−]
Já que
[H+] = 1,0 10-3 mol/L
então
[OH−] = 1,0 10-11 mol/L
pois assim:
10-3 10-11 = 10−14
Na água sanitária,
[OH−] = 1,0 10-3 mol/L
Água sanitária
SÉRG
IO D
OTTA J
R/C
ID
Meio básico: [H+] < [OH−]
Já que
[OH−] = 1,0 10-3 mol/L
então
[H+] = 1,0 10-11 mol/L
pois assim:
10-11 10-3 = 10−14
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Equilíbrio iônico da água: pH e pOH
As escalas de pH e pOH
Potencial hidrogeniônico (pH) de uma solução:
pH = log[H+]
Potencial hidroxiliônico (pOH) de uma solução:
pOH = log[OH]
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Equilíbrio iônico da água: pH e pOH
As escalas de pH e pOH
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Meio neutro: [H+] = 1,0 ∙ 10–7 mol/L ⇒ pH = 7 [OH
–] = 1,0 ∙ 10–7 mol/L ⇒ pOH = 7
Meio ácido: [H+] > 1,0 ∙ 10–7 mol/L ⇒ pH < 7 [OH
–] < 1,0 ∙ 10–7 mol/L ⇒ pOH > 7
Meio básico [H+] < 1,0 ∙ 10–7 mol/L ⇒ pH > 7 (ou alcalino): [OH
–] > 1,0 ∙ 10–7 mol/L ⇒ pOH < 7
[H+] [OH] = 1,0 1014 (a 25 ºC) ⇒ log [H+] + log [OH
] = –14
Multiplicando tudo por –1:
pH + pOH = 14
pH pOH
– log [H+] + – log [OH] = 14 ⇒
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Equilíbrio iônico da água: pH e pOH
As escalas de pH e pOH
Água pura possui pH = 7
[H+] = 10−7 mol/L
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
[H+] = 1,0 10−7 mol/L
pH = 7
[OH−] = 1,0 10−7 mol/L
pOH = 7 Meio neutro: [H+] = [OH
−]
SÉRG
IO D
OTTA J
R./
CID
18/08/2015
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Equilíbrio iônico da água: pH e pOH
As escalas de pH e pOH
Vinagre possui pH = 3
[H+] = 10−3 mol/L
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
[H+] = 1,0 10−3 mol/L
pH = 3
[OH−] = 1,0 10−11 mol/L
pOH = 11 Meio ácido: [H+] > [OH
−]
ISA C
OD
INA D
E F
ERRO
/CID
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Equilíbrio iônico da água: pH e pOH
As escalas de pH e pOH
Certo produto de limpeza possui pH = 11
[H+] = 10−11 mol/L
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
[H+] = 1,0 10-11 mol/L
pH = 11
[OH−] = 1,0 10-3 mol/L
pOH = 3 Meio básico: [H+] < [OH
−]
SÉRG
IO D
OTTA J
R./
CID
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Hidrólise salina
Previsão do caráter ácido-básico de uma solução de sal
NaCN é um sal de ácido fraco
(HCN) e de base forte (NaOH).
Há predomínio do caráter básico
e a solução de NaCN é básica.
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Solução básica
NaCN (aq)
NH4Cl é um sal de ácido forte
(HCl) e de base fraca (NH4OH).
Predomina o caráter ácido e a
solução de NH4Cl é ácida.
Solução ácida
NH4Cl (aq)
NaCl é um sal de ácido
forte (HCl) e de base
forte (NaOH). Ocorre
um “empate” entre
caráter ácido e caráter
básico e a solução de
NaCl é neutra.
Solução neutra
NaCl (aq)
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Previsão do caráter ácido-básico de uma solução de sal
NH4CN é um sal de ácido fraco (HCN) e de base fraca (NH
4OH).
Para decidir se o meio é ácido ou básico, consulta-se Ka e Kb:
Hidrólise salina
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Solução básica
NH4CN (aq)
Ka = Kb
Ka > Kb
Ka < Kb
Sol. ácida
Sol. básica
Sol. neutra
Ka = 4,9 ∙ 10–10
Kb = 1,8 ∙ 10–5
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Hidrólise salina
O conceito de hidrólise salina
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
É o processo em que o cátion e/ou ânion proveniente(s) de
um sal reage(m) com a água. Apenas cátions de base fraca
e ânions de ácido fraco sofrem hidrólise apreciável.
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Hidrólise salina
CN− (aq) reage com a água e recebe um íon H+ dela
proveniente, originando HCN (aq), um ácido fraco.
Solução básica
NaCN (aq)
CN− (aq) + HOH (l) ⇌ HCN (aq) + OH
− (aq) Meio básico (OH–)
Essa equação representa a hidrólise do íon CN−
O conceito de hidrólise salina
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Hidrólise salina
O conceito de hidrólise salina
NH4
+ (aq) reage com a água e recebe um íon OH− dela
proveniente, originando NH4OH (aq), uma base fraca.
NH4
+ (aq) + HOH (l) ⇌ NH4OH (aq) + H+ (aq) Meio ácido (H+
)
Essa equação representa a hidrólise do íon NH4
+.
Solução ácida
NH4Cl (aq)
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
As concentrações dos sólidos presentes no equilíbrio não
figuram explicitamente na expressão matemática de KC.
Equilíbrios heterogêneos: análise matemática
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
K’c = [Fe]2 ∙ [CO
2]3
[Fe2O
3] ∙ [CO]3
⇒ K’c ∙ [Fe
2O
3]
[Fe]2 =
[CO
2]3
[CO]3
Três constantes que resultam numa nova
constante (Kc)
Fe2O
3 (s) + 3 CO (g) ⇌ 2 Fe (s) + 3 CO
2 (g)
Logo temos:
Fe2O
3 (s) + 3 CO (g) ⇌ 2 Fe (s) + 3 CO
2 (g) ⇒ Kc =
[CO
2]3
[CO]3
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Equilíbrios heterogêneos: análise matemática
Outros exemplos:
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
2 Pb(NO3)
2 (s) ⇌ 2 PbO (s) + 4 NO
2 (g) + O
2 (g) Kc = [NO
2]4 ∙ [O
2]
NH3 (g) + HCl (g) ⇌ NH
4Cl (s) Kc =
1
[NH3] ∙ [HCl]
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
A adição ou retirada de participante sólido não desloca
um equilíbrio.
Deslocamento de equilíbrios heterogêneos
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Fe2O
3 (s) + 3 CO (g) ⇌ 2 Fe (s) + 3 CO
2 (g)
Esse equilíbrio não é afetado por variações de pressão.
O aquecimento desloca no sentido endotérmico e o
resfriamento no sentido exotérmico.
Fe2O
3(s) + 3 CO (g) ⇌ 2 Fe (s) + 3 CO
2(g)
3 volumes de gás 3 volumes de gás
Fe2O
3(s) + 3 CO (g) ⇌ 2 Fe (s) + 3 CO
2(g)
3 volumes de gás 3 volumes de gás
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Solubilidade
Os tipos de soluções
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Temperatura constante em 20 oC
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Solubilidade
A solubilidade do KCl é de 34,0 g/100 g H2O a 20 ºC.
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Essas duas soluções são idênticas. A fase sólida não faz parte da solução, pois solução é uma
mistura homogênea
Têm concentração igual à solubilidade, nesta
temperatura.
Tem concentração inferior à
solubilidade, nesta temperatura.
KCl
dissolvido 34,0 g
KCl
dissolvido 30,0 g
KCl
dissolvido 34,0 g
KCl sólido constitui o corpo de fundo (ou corpo de chão)
100 g de H2O (20 oC)
Solução saturada (com corpo de fundo)
100 g de H2O (20 oC)
Solução saturada (sem corpo de fundo)
100 g de H2O (20 oC)
Solução não saturada (ou insaturada)
Os tipos de soluções
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Solubilidade
A solubilidade do KCl é de 34,0 g/100 g de H2O a 20 ºC.
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
40 oC 20 oC 20 oC
KCl
dissolvido 40,0 g
KCl
dissolvido 40,0 g
KCl
dissolvido 34,0 g
KCl não dissolvido
6,0 g Solução saturada
(com corpo de fundo)
Solução supersaturada Solução saturada (sem corpo de fundo)
Introdução de um cristal KCl
Resfriamento lento
Os tipos de soluções
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Solubilidade
A solubilidade do KCl é de
34,0 g/100 g de H2O a 20 ºC.
Solução em equilíbrio com
corpo de fundo é
necessariamente saturada.
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Solubilidade e equilíbrio químico
KCl dissolvido
34,0 g
Solução saturada
K+ (aq) Cl
− (aq)
40 g de KCl adicionados a 100 g de água a 20 ºC
KCl sólido
6,0 g
Corpo de fundo
KCl (s) ⇌ K+ (aq) + Cl– (aq)
Corpo de fundo Solução saturada
SÉRG
IO D
OTTA J
R./
CID
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Solubilidade
Curvas de solubilidade
Um gráfico que relacione solubilidade e temperatura é
chamado de curva de solubilidade.
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Solubilidade
Solubilidade e temperatura
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Solu
bilid
ade
Temperatura
KCl
KCl (aq) Aquecimento
KCl (s)
KCl (aq)
KCl (s)
Note que, com o aquecimento, a quantidade de KCl no corpo de chão diminui.
KCl (s) K+ (aq) + Cl
– (aq) ∆H > 0 endotérmico
O aquecimento desloca para a direita
O aquecimento aumenta a solubilidade do KCl
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Solubilidade
Solubilidade e temperatura
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Li2CO
3
Solu
bilid
ade
Temperatura
Li2CO
3 (s) Li
+ (aq) + CO
2– (aq) ∆H < 0 endotérmico
O aquecimento desloca para a esquerda
O aquecimento diminui a solubilidade do Li2CO
3
3
Note que, com o aquecimento, a quantidade de Li
2CO
3
no corpo de chão aumentou. Li
2CO
3 (aq) Aquecimento
Li2CO
3 (s)
Li2CO
3 (aq)
Li2CO
3 (s)
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Produto de solubilidade
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Produto de solubilidade (PS, KPS ou KS) é o nome dado à
constante de equilíbrio para um processo do tipo:
sólido iônico ⇌ solução saturada
Solução saturada em equilíbrio com o corpo de chão.
BaSO4
(s)
4
SO2– (aq)
Ba2+ (aq)
BaSO4
(s) ⇌ Ba2+ (aq) + SO (aq) Kc = [Ba2+] ∙ [SO ]2‒4
Solução saturadaSólido iônico
2‒4
Solução saturada em equilíbrio com o corpo de chão.
BaSO4
(s)
4
SO2– (aq)4
SO2– (aq)
Ba2+ (aq)
BaSO4
(s) ⇌ Ba2+ (aq) + SO (aq) Kc = [Ba2+] ∙ [SO ]2‒4
Solução saturadaSólido iônico
2‒4
BaSO4
(s) ⇌ Ba2+ (aq) + SO (aq) Ks = [Ba2+] ∙ [SO ]
Solução saturadaSólido iônico
2‒4
2‒4
BaSO4
(s) ⇌ Ba2+ (aq) + SO (aq) Ks = [Ba2+] ∙ [SO ]
Solução saturadaSólido iônico
2‒4
2‒4
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Produto de solubilidade
“Solubilidade” (S) é o nome dado à
máxima quantidade de soluto dissolvida de
modo estável em uma certa quantidade
de solvente.
“Produto de solubilidade” (Ks) é a
denominação de uma constante de equilíbrio.
BaSO4 (s)
4 SO
2– (aq)
Ba2+
(aq)
S mols do sal BaSO4 se
encontram dissolvidos por litro de solução
Ks = produto de solubilidade
S = solubilidade (em mol/L)
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
A concentração dos íons Ba2+ e SO pode ser
calculada em função de S e substituída na
expressão de KS. Assim, encontramos uma
relação entre S e KS.
2‒ 4
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Produto de solubilidade
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Início Quantidade inicial ― ―
Reagiu 1 S ― ―
Formou ― 1 S 1 S
No equilíbrio “Sobra” S S
Não nos interessa saber quanto sobra, pois sólido não entra na constante de equilíbrio
Ks = [Ba2+
] ∙ [SO ] = S ∙ S ⇒ Ks = S22‒4
Ks = [Ba2+
] ∙ [SO ] = S ∙ S ⇒ Ks = S22‒4
BaSO4 (s) ⇌ Ba2+ (aq) + SO2− (aq)
4BaSO
4 (s) ⇌ Ba2+ (aq) + SO2− (aq)
4
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QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
Produto de solubilidade
Capítulo 23 – Equilíbrio químico: a coexistência de reagentes e produtos
Início Quantidade inicial ― ―
Reagiu 1 S ― ―
Formou ― 1 S 2 S
No equilíbrio “Sobra” S 2 S
PbCl2 (s) ⇌ Pb2+ (aq) + 2 Cl
— (aq)
Ks = 4 S3 Ks = [Pb
2+] [Cl‒]2 = S (2S)2
Início Quantidade inicial ― ―
Reagiu 1 S ― ―
Formou ― 1 S 3 S
No equilíbrio “Sobra” S 3 S
Al(OH)3 (s) ⇌ Al3+ (aq) + 3 OH
− (aq)
Ks = 27 S4 Ks = [Al
3+] [OH‒]3 = S (3S)3
QUÍMICA
NA ABORDAGEM
DO COTIDIANO
FIM
ANOTAÇÕES EM AULA
Autores: Eduardo Leite do Canto e Francisco Miragaia Peruzzo
Editores: André Jun, Fabiana Eiko S. Asano e Paula Yumi Hirata
Coordenação de produção: Maria José Tanbellini
Revisão: Aline Souza, Miguel Facchini, Ramiro Morais Torres
Diagramação: Mamute Mídia
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2012