Equilibrio Quimico e Auto Ionizacao Da Agua

FCAV/ UNESP

Assunto: Equilbrio Qumico e Auto-ionizao da gua

Docente: Profa. Dra. Luciana M. Saran

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1. Introduo

Existem dois tipos de reaes: a) aquelas em que, aps determinado tempo, pelo menos um dos reagentes foi totalmente consumido; Ex.: Zn(s) + 2HCl(aq) ZnCl2(aq) + H2(g) b) aquelas que, aps determinado tempo, apresentam quantidades de reagentes que no variam mais;

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Ex.: H2(g) + I2(g) 2HI(g)

No caso da reao acima, aps determinado tempo, atingi-se o Equilbrio Qumico, isto : as quantidades de reagentes deixam de diminuir, permanecendo constantes; as quantidades de produtos deixam de aumentar, tambm permanecendo constantes.

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2. A Constante de Equilbrio

As quantidades de reagentes e produtos existentes no equilbrio, a uma dada temperatura, se relacionam atravs de uma grandeza denominada constante de equilbrio, K. Para a equao simblica a seguir: aA + bB cC + dD

ba

dc

]B[]A[

]D[]C[K

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Para a reao a seguir, a 460oC: H2(g) + I2(g) 2HI(g) Inicialmente: 1,00 mol 1,00 mol No equilbrio: 0,22 mol 0,22 mol 1,56 mols Supondo-se que o recipiente reacional tem um V = 10,0 L, as concentraes de equilbrio so: [HI]eq = 0,156 mol/L; [H2]eq = [I2]eq = 0,022 mol/L

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Para a reao de obteno do HI a partir da reao do I2 com H2, a expresso da constante de equilbrio : A 460oC o valor de K para tal reao pode ser calculado:

]H][I[

]HI[K

22

2

3,50)L/mol022,0)(L/mol022,0(

)L/mol156,0(K

2

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Cada reao possui uma constante de equilbrio caracterstica, cujo valor depende da temperatura. O valor de K, depende dos coeficientes estequiomtricos da equao qumica balanceada; por isso todo valor de constante de equilbrio deve ser acompanhado da equao qumica a que se refere. Por exemplo, no caso da reao de obteno do HI, K = 50,3, para a equao qumica balanceada escrita como: H2(g) + I2(g) 2HI(g)

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Se a equao anterior for multiplicada por 2, isto :

2H2(g) + 2I2(g) 4HI(g) K = (50,3)2 = 2,53x103

Se a equao for dividida por 2, isto :

(1/2)H2(g) + (1/2)I2(g) HI(g) K = (50,3)1/2 = 7,09

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2.1. Expresses da Constante de Equilbrio para Reaes que Envolvem Slidos e gua Na expresso da constante de equilbrio no devem ser includas substncias no estado slido ou lquido. Exemplos: a) C(s) + O2(g) CO2(g) ]O[

]CO[K

2

2

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

]NH[

]OH][NH[K

3

4

2.2. Expresso da Constante de Equilbrio bastante comum que na expresso da constante de equilbrio se exprimam as concentraes em mol/L e por isso o smbolo K recebe o ndice c (de concentrao) e torna-se Kc ou simplesmente K.

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2.3. O Significado da Constante de Equilbrio

O valor da constante de equilbrio mostra se a reao favorvel aos produtos ou aos reagentes.

Quanto maior o valor da constante de equilbrio, maior o rendimento da reao.

K > 1: A reao favorvel aos produtos; as concentraes dos produtos no equilbrio so maiores do que as dos reagentes.

K < 1: A reao favorvel aos reagentes; as concentraes dos reagentes no equilbrio so maiores do que as dos produtos.

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Exemplos:

NO(g) + O3(g) NO2(g) + O2(g) A 25oC,

34

3

22C 10x6

]O][NO[

]O][NO[K

(3/2)O2(g) O3(g) A 25oC, 29

2/32

3C 10x5,2

]O[

]O[K

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3. Perturbao do Equilbrio Qumico: Princpio de Le Chatelier

H trs maneiras comuns de perturbar o equilbrio de um sistema reacional: alterao da temperatura;

alterao da concentrao de reagente ou produto; alterao de volume.

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Princpio de Le Chatelier:

Quando qualquer um dos fatores que determinam

as condies de equilbrio de um sistema reacional

sofre uma modificao, o sistema altera o seu

estado de maneira a reduzir ou contrabalanar

o efeito da modificao

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Perturbao Alterao quando o

Sistema Reacional

Retorna ao

Equilbrio

Efeito sobre o

Equilbrio

Efeito sobre

K

Adio de

reagente

Adio de

produto

Parte do reagente

adicionado

consumida

Parte do produto

adicionado

consumido

Deslocamento

para a direita

Deslocamento

para a esquerda

No h

alterao

No h

alterao

Tabela 3.1: Efeito da adio de um reagente ou produto sobre o equilbrio e sobre K.

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Fonte: Adaptado de KOTZ & TREICHEL, 2005 : p. 73.


Sistema Reacional

Retorna ao

Equilbrio

Efeito sobre o

Equilbrio

Efeito sobre

K

Elevao de

temperatura

Abaixamento

de temperatura

H consumo de

energia trmica

H desprendimento

de energia trmica

Deslocamento

no sentido

endotrmico

Deslocamento

no sentido

exotrmico

H

alterao

H

alterao

Tabela 3.2: Efeito da modificao de temperatura sobre o equilbrio e sobre K.

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Sistema Reacional

Retorna ao

Equilbrio

Efeito sobre o

Equilbrio

Efeito sobre

K

Reduo do

volume,

aumento de

presso

Expanso do

volume,

diminuio de

presso

A presso diminui

A presso aumenta

Deslocamento

no sentido do

menor nmero de

molculas de gs

Deslocamento

no sentido do

maior nmero de

molculas de gs

No h

alterao

No h

alterao

Tabela 3.3: Efeito da modificao de volume sobre o equilbrio em fase gasosa.

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4. gua Frmula molecular: H2O.

Geometria: angular.

(a) Frmula estrutural (estrutura de Lewis). (b) Modelo de esferas e bastes.

18 Fonte: BROWN et al., 2005 : p. 302.

4. gua Molcula de H2O: apresenta ligaes H-O polares.

A molcula de H2O polar ( = 1,85 D).

Fonte: BETTELHEIM et al., 2012 : p. 82. 19

4. gua

Entre as molculas de H2O ocorre um tipo de interao denominada ligao de hidrognio.

Ligao de hidrognio: fora de atrao, no covalente, entre a carga parcial positiva de um tomo de H ligado a um tomo de elevada eletronegatividade (geralmente O ou N) e carga parcial negativa de um oxignio ou nitrognio prximos.

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4. gua

H

(a) (b) (c)

Duas molculas de gua unidas por ligao de hidrognio. (a) Frmulas estruturais. (b) Modelos de esferas e bastes. (c) Mapas de densidade eletrnica.

21

Fonte: BETTELHEIM et al., 2012 : p. 137.

4. gua

Ligaes de hidrognio entre molculas de gua.

22

4. gua

Ligaes de hidrognio no se restringem gua.

Formam-se entre duas molculas sempre que uma delas tem um tomo de hidrognio ligado ao O ou N, e a outra, um tomo de O ou N com carga parcial negativa.

Exemplo 1:

Ligao de hidrognio entre a molcula de um ter e da gua.

23

Fonte: BARBOSA, 2004 : p. 21.

Exemplo 2:

24


Exemplo 3:

Ligaes de hidrognio entre molculas de cido carboxlico.

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4. gua

Excelente solvente (solvente universal).

Capaz de dissolver diferentes compostos inicos e moleculares.

- Exemplo: dissoluo do NaCl (slido inico) em H2O.

26

Fonte: BETTELHEIM et al., 2012 : p. 169.

Interao on-Dipolo:

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4. gua

Etanol, glicose e cido ascbico ou vitamina C, so exemplos de compostos moleculares solveis em gua.

Etanol

Glicose

Vitamina C

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Fonte: BROWN et al., 2005 : p. 453.

Exerccio 1: determine se cada uma das seguintes substncias apresenta maior probabilidade de se dissolver em tetracloreto de carbono (CCl4) ou em gua: (a) hexano, C7H16; (b) sulfato de sdio, Na2SO4; (c) cloreto de hidrognio, HCl;

(d) iodo, I2.

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Exerccio 2: coloque as substncias a seguir, em ordem crescente de solubilidade em gua: (a) pentano, C5H12;

(b) pentan-1-ol, C5H10OH;

(c) pentano-1,5-diol, C5H10(OH)2;

(d) 1-cloropentano, C5H11Cl.

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Exerccio 3: dada a seguir, a frmula estrutural da vitamina A, explique por que essa vitamina solvel em solventes apolares e nos tecidos gordurosos (que so apolares) e insolvel em gua.

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Fonte: BROWN et al., 2005 : p. 453.

Exerccio 4: dadas a seguir, as frmulas estruturais dos lcoois butan-1-ol, pentan-1-ol e undecan-1-ol, coloque-os em ordem de solubilidade crescente: (a) em gua; (b) hexano (C6H14). Justifique sua resposta.

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5. Auto-ionizao da gua gua Pura: considerada, em geral, no condutora de eletricidade. Na realidade, j foi demonstrado por medidas precisas que a gua apresenta uma conduo pequena de eletricidade, que decorre da sua auto-ionizao, isto : H2O(l) + H2O(l) H3O+(aq) + OH-(aq) ou H2O(l) H+(aq) + OH-(aq)

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5. Auto-ionizao da gua A expresso que representa o equilbrio de auto-ionizao da gua a seguinte: Kw = [H+].[OH-] ou Kw = [H3O+].[OH-] Kw: constante do produto inico da gua

A 25C, o valor das concentraes dos ons : [H3O+] = [OH-] = 1,0x10-7 mol/L e portanto, Kw = (1,0x10-7 mol/L) x (1,0x10-7 mol/L) Kw = 1,0x10-14 mol2/L2

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Condies para que uma soluo seja considerada cida, neutra ou alcalina (bsica): se [H3O+] = [OH-] a soluo neutra; se [H3O+] > [OH-] a soluo cida; se [H3O+] < [OH-] a soluo alcalina ou bsica. A gua pura neutra, pois apresenta concentraes iguais de H3O+ e OH-. Conforme j visto, a 25C , tais concentraes so iguais a 1,0x10-7 mol/L. A equao referente a ionizao da gua importante porque se aplica no s gua pura, mas tambm a qualquer soluo aquosa.

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EXERCCIO 5: O corpo humano contm aproximadamente 70% de gua em massa. Na temperatura normal do corpo humano, 37C, a concentrao do on H+ em gua pura 1,54x10-7 mol/L. Qual o valor de Kw nesta temperatura?

Resp.: 2,37x10-14

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EXERCCIO 6: A 50C o produto inico da gua, Kw, 5,5x10-14 mol2/L2. Calcule [H3O

+] e [OH-] numa soluo neutra a 50C?

Resp.: 2,35x10-7 mol/L

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EXERCCIO 7: explique como afetado o equilbrio de auto-ionizao da gua, pela adio de HCl. Considere a adio de 0,010 mol de HCl a 1L de gua pura e calcule a concentrao molar de OH- na soluo resultante.

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EXERCCIO 8: explique como afetado o equilbrio de auto-ionizao da gua, pela adio de NaOH. Considere a adio de 0,010 mol de NaOH a 1L de gua pura e calcule a concentrao molar de H3O

+ na soluo resultante.

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BARBOSA, L. C. de A. Introduo qumica orgnica. 1. ed. So Paulo:

Prentice Hall, 2004.

BETELLHEIM, F. A.; BROWN, W. H.; CAMPEBELL, M. K.; FARRELL, S. O.

Introduo qumica geral. 9. ed. So Paulo:Cengage Learning, 2012.

BROWN, T. L.; LEMAY, H. E.; BURSTEN, B. E.; BURDGE, J. R. Qumica a

cincia central. 9. ed. So Paulo:Pearson Prentice Hall, 2005.

KOTZ, J. C.; TREICHEL Jr., P. M. Qumica geral 2 e reaes qumicas. 5.

ed. So Paulo:Pioneira Thomson Learning, 2005.

6. Bibliografia Consultada

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