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2 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8
APRESENTAÇÃO .................................................. 4
CAPÍTULO 8 .......................................................... 5
1. INTRODUÇÃO .................................................. 5
2. REAÇÃO REVERSÍVEL ................................... 6
3. CLASSIFICAÇÃO DO EQUILÍBRIO ................... 7
3.1. EQUILÍBRIO HOMOGÊNEO .......................................... 7
3.2. EQUILÍBRIO HETEROGÊNEO ....................................... 8
4. CONSTANTE DE EQUILÍBRIO (KC) ................ 8
5. PROPRIEDADES DAS CONSTANTES .............. 9
5.1. REAÇÃO INVERSA ....................................................... 9
5.2. ADIÇÃO DE UMA REAÇÃO .......................................... 10
5.3. MULTIPLICAÇÃO DE UMA REAÇÃO ............................. 10
5.4. DIVISÃO DE UMA REAÇÃO ......................................... 10
5.5. REAÇÃO COM SUBSTÂNCIA PURA LÍQUIDA OU SÓLIDA . 11
6. CONSTANTE DE EQUILÍBRIO EM FUNÇÃO
DAS PRESSÕES PARCIAIS (KP) .......................... 11
7. PRINCÍPIO DE LE CHATELIER ...................... 14
7.1. PRINCÍPIO DE LE CHATELIER ..................................... 15
7.2. INFLUÊNCIA DA CONCENTRAÇÃO ................................ 15
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3 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8
7.3. INFLUÊNCIA DA PRESSÃO .......................................... 16
7.4. INFLUÊNCIA NA TEMPERATURA ................................. 16
7.5. INFLUÊNCIA DA PRESENÇA DE CATALISADOR .............. 17
8. CONSTANTE DE ACIDEZ (KA) E CONSTANTE
DE BASICIDADE (KB) ......................................... 17
9. EFEITO DO ÍON COMUM ............................... 19
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4 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8
APRESENTAÇÃO
Ao chegar à UFPA, você tem a possibilidade de cursar gratuitamente cursos de nivelamento em Ciências Básicas (Física, Química e Matemática). Assistindo às aulas no próprio ambiente em que cursará sua graduação, isso auxiliará você a adquirir o conhecimento necessário para enfrentar melhor o programa curricular do seu curso.
Então seja Bem-vindo ao Curso de Nivelamento em Química Elementar do PCNA. Este é o oitavo de uma série de dez E-books que vão lhe acompanhar durante o curso, o professor utilizará este material como apoio às suas aulas e é fundamental que você o leia e acompanhe as atividades propostas.
A série “E-books PCNA-Química” foi desenvolvida com o propósito de apresentar o conteúdo do curso de Química Elementar.
Neste fascículo você irá encontrar o conteúdo de Equilíbrio químico. É bom lembrar que não se pode aprender Química sem alguns pré-requisitos, que muitas vezes não valorizamos por acharmos simples e descomplicados, todavia, atenção e compreensão se fazem necessária.
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5 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8
Capítulo 8
1. Introdução
Um sistema em equilíbrio é identificado por algumas
características importantes e obrigatórias.
• Tanto a matéria quanto a energia não são introduzidas
ou removidas do sistema (sistema isolado).
• As propriedades macroscópicas do sistema não
variam com o tempo, isso ocorre porque,
microscopicamente, ocorrem reações químicas
(reversíveis) simultâneas em ambos os sentidos com a
mesma rapidez.
Para uma reação qualquer representada por:
𝐴 + 𝐵 𝑣1→ 𝐶 + 𝐷
𝐴 + 𝐵 𝑣2← 𝐶 + 𝐷
Onde:
V1velocidade da reação direta;
V2velocidade da reação inversa.
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6 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8
2. Reação reversível
Reação Reversível é aquela que ocorre
simultaneamente nos dois sentidos. Ao mesmo tempo, os
reagentes se transformam em produtos e os produtos se
transformam em reagentes.
No gráfico abaixo, os regentes são representados por
B e os produtos por A.
Figura (8.1) – Equilíbrio químico (velocidades iguais)
Figura (8.2) – Equilíbrio químico (concentrações
constantes)
Atinge-se o equilíbrio quando
v1=v2.
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7 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8
No início da reação, há uma grande quantidade de
reagentes. À medida que o tempo vai passando, essa
quantidade vai diminuindo e a velocidade também.
Enquanto isso, no início da reação não há produtos, a
quantidade é zero. Ao decorrer da reação, os produtos vão
sendo formados e a velocidade inicial é zero e vai
aumentando até igualar com a velocidade dos reagentes.
Neste momento, as velocidades permanecerão iguais
as concentrações constantes. As concentrações também
serão constantes. Quando as velocidades dos produtos e dos
reagentes chegam neste ponto dizemos que a reação está em
equilíbrio.
3. Classificação do Equilíbrio
Podemos classificar os equilíbrios em função das fases
das substâncias envolvidas na reação química.
3.1. Equilíbrio Homogêneo
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8 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8
É aquele onde todas as substâncias estão na mesma
fase (estado físico). Geralmente, ocorrem em sistemas
gasosos e aquosos.
3.2. Equilíbrio Heterogêneo
É aquele onde as substâncias estão em fases
diferentes. Geralmente envolvem substâncias sólidas e
líquidas.
4. Constante de equilíbrio (Kc)
Observe a seguinte reação química, sendo a reação
direta 1 e a reação inversa 2.
De acordo com a lei cinética ou lei da velocidade:
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9 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8
No instante do equilíbrio:
Isolando k:
A divisão de duas constantes em matemática origina
uma terceira constante:
KC = constante de equilíbrio em função das
concentrações
Então:
5. Propriedades das Constantes
É possível, a partir das constantes de equilíbrio da reação
direta, obter a constante de equilíbrio da reação inversa. Também
podemos multiplicar as constantes.
5.1. Reação Inversa
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10 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8
Seja a reação química:
5.2. Adição de uma Reação
Se duas reações são adicionadas, o novo KC será o
produto das constantes originais.
5.3. Multiplicação de uma Reação
Se duas reações são multiplicadas por um
determinado número, a sua nova KC será elevada à este
valor.
Veja o modelo:
5.4. Divisão de uma Reação
A constante de equilíbrio (kc) da
reação inversa será o inverso de k
c da reação direta.
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11 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8
Se duas reações são divididas por um determinada
número, a sua nova KC será a sua raiz.
Veja o modelo:
5.5. Reação com Substância Pura Líquida ou
Sólida
As substâncias puras líquidas e sólidas possuem
concentração constante, onde o valor está incorporado ao da
constante Kc. Por este motivo, nas expressões de constante de
equilíbrio não se coloca as suas concentrações no cálculo da Kc.
Exemplo:
6. Constante de Equilíbrio em Função das
Pressões Parciais (Kp)
Se uma determinada reação química apresentar
substâncias no estado gasoso, a constante de equilíbrio pode ser
dada em função das suas pressões parciais.
Exemplo:
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12 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8
Para o cálculo da pressão parcial, utiliza-se o conceito
de fração molar (x). Calcula-se a fração molar e, em seguida,
a pressão parcial do gás.
Exemplo resolvido 1:
3 mols de PCl5(g) são colocados em um recipiente,
atingindo o seguinte equilíbrio:
No momento do equilíbrio, 60% do reagente sofre
dissociação. Sabendo que a pressão total do sistema é
4,8atm, calcule o valor de Kp:
A) Calcular a quantidade de mols, sendo 60%:
B) Montar a tabela do equilíbrio químico:
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13 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8
PCl5 PCl3 Cl2
Início 3 - -
Reagiu/formou 1,8 1,8 1,8
Equilíbrio 3 -1,8=1,2 1,8 1,8
C) Calcular as frações molares:
nT = número total de mols
D) Calcular a pressão parcial dos gases:
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14 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8
O somatório das pressões parciais deve ser igual à
pressão total:
Ou seja:
E) Calcular a Kp :
7. Princípio de Le Chatelier
Para que um sistema esteja em equilíbrio químico, a
velocidade da reação direta deve ser igual à velocidade da
reação inversa. As condições que envolvem estas reações não
devem ser modificadas. Caso isso ocorra, haverá uma
alteração no equilíbrio. Estas modificações podem ser:
- concentração de reagentes e produtos;
- pressão;
- temperatura;
- presença de catalisador.
Estas modificações podem beneficiar a reação em um
dos sentidos (direto ou inverso). Chamamos estas
perturbações de deslocamento do equilíbrio.
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15 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8
Deslocamento do equilíbrio é toda e qualquer
alteração da velocidade da reação direta ou da reação inversa
causando modificações nas concentrações das substâncias e
levando o sistema a um novo estado de equilíbrio químico.
Quando a velocidade da reação direta aumenta é
porque o equilíbrio está se deslocando para a direita. Quando
a velocidade da reação inversa aumenta é porque o equilíbrio
está se deslocando para a esquerda.
7.1. Princípio de Le Chatelier
O estudo dos deslocamentos de equilíbrio foi desenvolvido
pelo químico francês Le Chatelier.
É possível prever o que acontece com a reação de acordo
com a alteração que é feita.
Enunciado de Le Chatelier: “Quando um fator externo age
sobre um sistema em equilíbrio este se desloca procurando
minimizar a ação do fator aplicado. ”
7.2. Influência da Concentração
Um aumento em qualquer das concentrações resulta
em um deslocamento de equilíbrio para o outro lado. A
retirada de alguma substância provoca o deslocamento para
o seu lado. Durante as modificações os valores de todas as
concentrações são alteradas, porém o valor de Kc mantém-se
o mesmo.
Sendo:
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16 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8
7.3. Influência da Pressão
A pressão de um gás está associada ao volume deste
gás.
O aumento da pressão beneficia a reação com
menor volume e a diminuição da pressão beneficia
a reação com maior volume.
Aumento do volume do gás = EXPANSÃO
Diminuição do volume do gás = CONTRAÇÃO
7.4. Influência na Temperatura
É a única alteração que pode modificar o valor da
Kc.
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17 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8
• O aumento da temperatura beneficia a
reação endotérmica.
• A diminuição da temperatura beneficia a
reação exotérmica.
7.5. Influência da Presença de Catalisador
A presença de um catalisador (substância química que
acelera a reação química) não altera o valor da Kc. O
catalisador promove a diminuição do momento do
equilíbrio. Altera tanto na reação direta como na reação
inversa.
8. Constante de Acidez (Ka) e Constante de
Basicidade (Kb)
Quando um ácido entra em contato com água dizemos
que ocorreu uma ionização. Para as bases, utilizamos o termo
dissociação. Veja o que acontece quando o ácido clorídrico é
adicionado em água:
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18 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8
A sua constante de equilíbrio é dada por:
Observe que a substância líquida (água) não deve
participar da constante de equilíbrio porque a sua
concentração é constante. Então, se a concentração de água
for multiplicada por Kc teremos o aparecimento de uma nova
constante, a constante de acidez Ka.
A constante de acidez indica a força do ácido. Quanto
menor o valor do Ka, mais fraco é o ácido, menos ionizado é
este ácido. Utiliza-se esta constante para os ácidos fracos.
Ácido forte não tem Ka, já que dissociam completamente e
não apresentam equilíbrio (reação direta e inversa).
A constante de basicidade é dada por Kb e indica a
força da base e o seu grau de dissociação. É semelhante ao
Ka, porém agora refere-se às bases.
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19 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8
9. Efeito do íon comum
Em um equilíbrio de íons, a adição de espécies
químicas pode contemplar íons que já existam no sistema ou
não. Se o íon adicionado já existe no equilíbrio (íon comum),
seu comportamento será como na adição de qualquer
substância que já existe na reação. Se for adicionada alguma
espécie que não possui no sistema e ela reagir com algum
presente no equilíbrio, devemos estudar o efeito da
diminuição da concentração desta segunda substância. Se a
substância adicionada não reagir no equilíbrio, seu
acréscimo não modificará o sistema.
Veja o exemplo a seguir:
De acordo com o lado que o equilíbrio se desloca a
solução troca de cor.
Veja o que pode acontecer se for adicionado a esta
reação:
- adição de HCl(aq) – o ácido HCl se ioniza formando o íon
cátion H+(aq). Provoca, portanto, o aumento da
concentração deste íon no sistema. Desloca o equilíbrio para
a direita até consumir o excesso adicionado. O íon H+(aq) é
o íon comum ao sistema.
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20 QUÍMICA ELEMENTAR – CAPÍTULO 8
- adição de NaOH – a base NaOH se dissocia formando o íon
ânion OH-(aq) que reage com o cátion H+(aq) provocando a
formação de água e diminuindo a concentração de H+(aq).
Desloca o equilíbrio para a esquerda para repor a quantidade
removida deste íon. O íon OH-(aq) é o íon não-comum ao
equilíbrio.