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EQUILÍBRIO QUÍMICOEQUILÍBRIO QUÍMICO
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• O que é equilíbrio químico?
• Quais são os aspectos qualitativos e quantitativos mais importantes?
EQUILÍBRIO QUÍMICOEQUILÍBRIO QUÍMICO
3Propriedades de Um Propriedades de Um EquilíbrioEquilíbrio
Rosa para azulRosa para azulCo(HCo(H22O)O)66ClCl22 Co(HCo(H22O)O)44ClCl22 + 2 H + 2 H22OO
Azul para rosaAzul para rosaCo(HCo(H22O)O)44ClCl22 + 2 H + 2 H22O O Co(HCo(H22O)O)66ClCl22
Sistemas em equilíbrio são:Sistemas em equilíbrio são:
• DINÂMICOS (em movimento DINÂMICOS (em movimento constante)constante)
• REVERSÍVEIS REVERSÍVEIS
• Podem ser atingidos de Podem ser atingidos de qualquer direçãoqualquer direção
Sistemas em equilíbrio são:Sistemas em equilíbrio são:
• DINÂMICOS (em movimento DINÂMICOS (em movimento constante)constante)
• REVERSÍVEIS REVERSÍVEIS
• Podem ser atingidos de Podem ser atingidos de qualquer direçãoqualquer direção
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• Equilíbrio – dois processos opostos que ocorrem com velocidades iguais, em movimento constante
Dinamismo do EquilíbrioDinamismo do Equilíbrio
Velocidade da reação direta
Velocidade da reação inversa=
A Velocidade da mulher é igual à Velocidade da esteira, em sentido oposto
Tanto a esteira quanto a mulher continuam se movendo, mas macroscopicamente o sistema não se altera
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H2O(s) H2O(l) H2O(g)I2(H2O) I2(CCl4)
CO(g) + 2 H2(g) CH3OH(g)
Dinamismo do EquilíbrioDinamismo do Equilíbrio
Velocidade da reação direta = Velocidade da reação inversa
Co(H2O)4Cl2 + 2 H2O Co(H2O)6Cl2
A Bd
i
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Equilíbrio QuímicoEquilíbrio Químico
FeFe3+3+ + SCN + SCN-- FeSCN FeSCN2+2+
Equilíbrio QuímicoEquilíbrio Químico
FeFe3+3+ + SCN + SCN-- FeSCN FeSCN2+2+
+
Fe(H2O)63+ Fe(SCN)(H2O)5
3++ SCN-
+ H2O
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• Após um certo tempo, as concentrações de Após um certo tempo, as concentrações de reagentes e produtos se tornam reagentes e produtos se tornam constantesconstantes, , mas mas nãonão necessariamente necessariamente iguais.iguais.
• As reações direta e inversa continuam depois As reações direta e inversa continuam depois de atingido o estado de equilíbrio.de atingido o estado de equilíbrio.
Equilíbrio QuímicoEquilíbrio Químico
FeFe3+3+ + SCN + SCN-- FeSCN FeSCN2+2+
Equilíbrio QuímicoEquilíbrio Químico
FeFe3+3+ + SCN + SCN-- FeSCN FeSCN2+2+
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Exemplos de Exemplos de Equilíbrios Equilíbrios QuímicosQuímicos
Formação de Formação de
estalactites e estalagmitesestalactites e estalagmites
CaCOCaCO33(s) + H(s) + H22O(liq) + COO(liq) + CO22(g) (g) Ca Ca2+2+(aq) + 2 HCO(aq) + 2 HCO33--(aq) (aq)
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Reversibilidade no Equilíbrio Reversibilidade no Equilíbrio QuímicoQuímico
Reversibilidade no Equilíbrio Reversibilidade no Equilíbrio QuímicoQuímico
• Tecnicamente, todas as reações químicas são um equilíbrio, ou seja, não se completa. Mas quando a concentração de reagentes ou produtos é MUITO BAIXA, diz-se que a reação aconteceu completamente.
Exemplo: H+(aq) + OH-
(aq) H2O(l)
H+(aq) + OH-
(aq) H2O(l)
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• Teoria das Colisões: Quando 2 moléculas A e B colidem uma com a outra numa orientação apropriada e com suficiente energia, elas podem reagir formando novas moléculas, os produtos C e D.
• O diagrama de energia potencial para esta colisão, supostamente exotérmica, pode ser apresentado como:
A + B C + D
Reversibilidade no Equilíbrio Reversibilidade no Equilíbrio QuímicoQuímico
Reversibilidade no Equilíbrio Reversibilidade no Equilíbrio QuímicoQuímico
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A + B
C + D
Energia Potencial
Complexo Ativado
Reagentes
Produtos
A + B C + D
,a fE
H
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Reversibilidade no Equilíbrio Reversibilidade no Equilíbrio QuímicoQuímico
• A partir de um momento, quantidades significativas de C e D são formadas, e sua concentração começa a aumentar. Torna-se inevitável que uma molécula de C colida com uma de D. Se esta colisão ocorrer com energia e orientação adequadas, elas podem reagir e formar novamente as moléculas originais A e B.
• Este evento, supostamente endotérmico, apresenta o seguinte diagrama de energia potencial:
C + D A + B
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A + B
C + D
Energia Potencial
Complexo Ativado
Reagentes
Produtos
C + D A + B
,a bE
H
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Reversibilidade no Equilíbrio Reversibilidade no Equilíbrio QuímicoQuímico
Qualquer reação que ocorra em extensão significativa tanto nos sentidos direto como inverso é chamada de reação reversível:
A + B C + D
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Aspectos Quantitativos do Aspectos Quantitativos do Equilíbrio QuímicoEquilíbrio Químico
• CONSTANTE DE EQUILÍBRIO
Suponha que a reação a seguir ocorra de forma elementar em ambos os sentidos e que inicialmente apenas A e B estejam presentes no vaso de reação.
a A + b B a A + b B c C + d c C + d DD
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A CONSTANTE DE EQUILÍBRIOA CONSTANTE DE EQUILÍBRIOA CONSTANTE DE EQUILÍBRIOA CONSTANTE DE EQUILÍBRIO
A , B
Inicialmente, Velocidade da Reação: [A][B]f fr k
Velocidade da reação direta
Inicialmente C e D não estão presentes, ou seja, não há reação inversa. Há apenas a reação direta:
A + B C + D
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A CONSTANTE DE EQUILÍBRIOA CONSTANTE DE EQUILÍBRIOA CONSTANTE DE EQUILÍBRIOA CONSTANTE DE EQUILÍBRIO
A , B , C , D
Após um certo tempo, a concetração de C e D cresce e a reação inversa começa a acontecer também:
C + D A + BVelocidade da Reação: [C][D]b br k
Velocidade da Reação Inversa
Conforme a reação prossegue, as concentrações de A e B caem, ao passo que as de C e D aumentam. As velocidades das reações direta e inversa seguem o seguinte comportamento:
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A CONSTANTE DE EQUILÍBRIOA CONSTANTE DE EQUILÍBRIOA CONSTANTE DE EQUILÍBRIOA CONSTANTE DE EQUILÍBRIO
[A][B]
[C][D]
f f
b b
r k
r k
fr
br
Quando as velocidades se tornam iguais, as concentrações de A, B, C e D não mais mudam no tempo. Atingiu-se o equlíbrio químico. No entanto, lembre-se que ao nível molecular tanto a reação direta quanto a inversa continuam ocorrendo, pois o equilíbrio é dinâmico, só que ocorrem continuamente na mesma velocidade.
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A CONSTANTE DE A CONSTANTE DE EQUILÍBRIOEQUILÍBRIO
A CONSTANTE DE A CONSTANTE DE EQUILÍBRIOEQUILÍBRIO
[A][B] [C][D]
[C][D] a constant
[A][B]
f b
f b
f
b
r r
k k
kK
k
Concentrações de Produtos
Concentrações de Reagentes
C DK
A B
c d
a bPara o exemplo realizado na lousa e para uma formulação mais completa, levando-se em conta a lei de ação das massas:
Se K é conhecida, pode-se prever as Se K é conhecida, pode-se prever as concentrações de reagentes ou concentrações de reagentes ou produtos. produtos.
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Determinação de KDeterminação de KDeterminação de KDeterminação de K2 NOCl(g) 2 NOCl(g) 2 NO(g) + Cl2 NO(g) + Cl22(g)(g)
Coloque 2,00 mol de NOCl em um frasco de Coloque 2,00 mol de NOCl em um frasco de 1,00 L. No equilíbrio você encontra 0,66 1,00 L. No equilíbrio você encontra 0,66 mol/L de NO. Calcule K.mol/L de NO. Calcule K.
SoluçãoSolução
Construa uma tabela de concentraçõesConstrua uma tabela de concentrações
[NOCl][NOCl] [NO][NO] [Cl[Cl22]]
IInicialnicial 2,002,00 00 00
VVariaçãoariação
EEquilíbrioquilíbrio 0,660,66
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Determinação de KDeterminação de KDeterminação de KDeterminação de K2 NOCl(g) 2 NOCl(g) 2 NO(g) + Cl 2 NO(g) + Cl22(g)(g)
Coloque 2,00 mol de NOCl em um frasco de Coloque 2,00 mol de NOCl em um frasco de 1,00 L. No equilíbrio você encontra 0,66 1,00 L. No equilíbrio você encontra 0,66 mol/L de NO. Calcule K.mol/L de NO. Calcule K.
SoluçãoSolução
Construa uma tabela de concentraçõesConstrua uma tabela de concentrações
[NOCl][NOCl] [NO][NO] [Cl[Cl22]]
IInicialnicial 2,002,00 00 00
VVariaçãoariação -0,66-0,66 +0,66+0,66 +0,33+0,33
EEquilíbrioquilíbrio 1,341,34 0,660,66 0,330,33
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Determinação de KDeterminação de KDeterminação de KDeterminação de K2 NOCl(g) 2 NOCl(g) 2 NO(g) + Cl 2 NO(g) + Cl22(g)(g)
[NOCl][NOCl] [NO][NO] [Cl[Cl22]]
InicialInicial 2,002,00 00 00
VariaçãoVariação -0,66-0,66 +0,66+0,66 +0,33+0,33
EquilíbrioEquilíbrio 1,341,34 0,660,66 0,330,33
K [NO]2[Cl2 ]
[NOCl]2 K
[NO]2[Cl2 ]
[NOCl]2
080,034,1
33,066,0K 2
2
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Determinação de KDeterminação de KDeterminação de KDeterminação de KExemplosEscreva as expressões de constante de equilíbrio para as seguintes reações:
Equações Químicas balanceadas cK
2 2 3N (g) + 3H (g) 2NH (g)
2 22HI(g) H (g) + I (g)
2 2 32SO (g) + O (g) 2SO (g)
23
32 2
[NH ]
[N ][H ]cK
2 22
[H ][I ]
[HI]cK
23
22 2
[SO ]
[SO ] [O ]cK
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Relações Envolvendo a Constante de Relações Envolvendo a Constante de EquilíbrioEquilíbrio
• A reversão de uma reação causa a inversão de K.
• A multiplicação dos coeficientes por um fator
comum eleva a constante de equilíbrio à potencia
correspondente.
• A divisão dos coeficientes por um fator comum leva
à raiz correspondente da constante de equilíbrio.
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Combinando Expressões de Constante Combinando Expressões de Constante de Equilíbriode Equilíbrio
N2O(g) + ½O2 2 NO(g) Kc= ?
N2(g) + ½O2 N2O(g) Kc(2)= 2,7x10-18
N2(g) + O2 2 NO(g) Kc(3)= 4,7x10-31
Kc= [N2O][O2]½
[NO]2
=[N2][O2]½
[N2O][N2][O2]
[NO]2
Kc(2)
1Kc(3)= = 1,7x10-13
[N2][O2]
[NO]2
=
[N2][O2]½
[N2O]=
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Gases: A constante de Equilíbrio, KGases: A constante de Equilíbrio, KPP
• Misturas de gases são soluções, da mesma forma que os líquidos.
• Use KP, baseado nas pressões parciais dos gases.
Equações Químicas balanceadas cK
2 2 3N (g) + 3H (g) 2NH (g)
2 22HI(g) H (g) + I (g)
2 2 32SO (g) + O (g) 2SO (g)
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32 2
[NH ]
[N ][H ]cK
2 22
[H ][I ]
[HI]cK
23
22 2
[SO ]
[SO ] [O ]cK
pK
3
2 2
2NH
3N H
p
pK
p p
2 2H I
2HI
p
p pK
p
3
2 2
2SO
2SO O
p
pK
p p
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Líquidos e Sólidos PurosLíquidos e Sólidos Puros
• As expressões das constantes de equilíbrio não têm termos de concentração para fases líquidas ou sólidas de um determinado componente (isto é, sólidos ou líquidos puros).
C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g)
Kc = [H2O]2
[CO][H2] e Kp =PH2O
2
PCOPH2
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Escrevendo e Escrevendo e Manipulando Manipulando
Expressões de KExpressões de K
Escrevendo e Escrevendo e Manipulando Manipulando
Expressões de KExpressões de KSólidos Sólidos NUNCANUNCA
aparecem em aparecem em expressões de expressões de equilíbrio.equilíbrio.
S(s) + OS(s) + O22(g) (g)
SO SO22(g)(g)
K [SO2 ][O2 ]
K [SO2 ][O2 ]
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Queima de CalcárioQueima de Calcário
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
Kc = [CO2] KP = PCO2(RT)
30
Escrevendo e Escrevendo e Manipulando Manipulando
Expressões de KExpressões de K
Escrevendo e Escrevendo e Manipulando Manipulando
Expressões de KExpressões de KSólidos Sólidos NUNCANUNCA aparecem em aparecem em
expressões de equilíbrio.expressões de equilíbrio.
NHNH33(aq) + H(aq) + H22O(liq) O(liq) NHNH44++
(aq) + OH(aq) + OH--(aq)(aq)
K [NH4
+][OH- ][NH3 ]
K [NH4
+][OH- ][NH3 ]
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O Significado de KO Significado de KO Significado de KO Significado de K1.1. Podemos dizer se a reação é Podemos dizer se a reação é
reagente- ou produto-favorecida.reagente- ou produto-favorecida.
Para NPara N22(g) + 3 H(g) + 3 H22(g) (g) 2 NH 2 NH33(g)(g)
Kc = [NH3 ]2
[N2 ][H2]3 = 3.5 x 108Kc =
[NH3 ]2
[N2 ][H2]3 = 3.5 x 108
Conc. de produtos é Conc. de produtos é muito maiormuito maior que que a de reagentes no equilíbrio. a de reagentes no equilíbrio.
A reação é fortemente A reação é fortemente produto-produto-favorecidafavorecida..
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O Significado de KO Significado de KO Significado de KO Significado de K
Para AgCl(s) Para AgCl(s) Ag Ag++(aq) + Cl(aq) + Cl--(aq)(aq)
KKcc = [Ag = [Ag++] [Cl] [Cl--] = 1,8 x 10] = 1,8 x 10-5-5
Conc. de produtos é Conc. de produtos é muito muito menormenor que a de reagentes no que a de reagentes no equilíbrio.equilíbrio.
A reação é fortemente A reação é fortemente
reagente-reagente-favorecidafavorecida..
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Produto- ou Reagente- Produto- ou Reagente- FavorecidaFavorecida
Produto-favorecidaProduto-favorecida Reagente-favorecidaReagente-favorecida