Equilíbrio Químico

Marcela Pinelli 18724

Guilherme D. P. C. 18706

Prof.: Élcio Barrak

Capítulo 15

Universidade Federal de Itajubá

Tópicos Abordados

• Conceito de Equilíbrio

• A Constante de Equilíbrio

• Equilíbrios Heterogêneos

• Cálculo das Constantes de Equilíbrio

• Aplicações das Constantes de Equilíbrio

• Princípio de Le Châtelier

• Equilíbrio Químico no Cotidiano

• O equilíbrio químico é uma situação em que a proporção entre as quantidades de reagentes e produtos em uma reação química se mantêm constantes ao longo do tempo.

• No equilíbrio químico as reações opostas acontecem a velocidades iguais.

Conceito de Equilíbrio

Conceito de Equilíbrio

AB

BA

Reação direta:

][

][

BKVelocidade

AKVelocidade

i

d

Reação inversa:

)/(][

/(][

/()/(

RTPB

RT )PA

RT )PVnn

nRTPV

B

A

RT

PKVelocidade

RT

PKVelocidade

Bi

Ad

Reação direta:

A pressão influencia a velocidade proporcionalmente

As velocidades para as reações direta e inversa:

Conceito de Equilíbrio

Reação inversa:

Equilíbrio acontece quando:

RT

PK

RT

PK B

iA

d

Rearranjando a Equação e cancelando os termos RT

O equilíbrio é dinâmico, A e B não param de reagir.

constante uma )/(

)/(

i

d

A

B

A

B

K

K

P

P

RTP

RTP

Conceito de Equilíbrio

O Processo de Haber

Haber desenvolveu um importante processo para sintetizar amônia a partir de nitrogênio e hidrogênio.

Essa reação é a base do processo de Haber para sintetizar amônia, muito utilizada na agricultura para a fertilização do solo.

)(2)(3)( 322 gNHgHgN

O equilíbrio acontece quando:

RT

PK

RT

PK B

iA

d

Rearranjando a equação e cancelando os termos RT

constante uma )/(

)/(

i

d

A

B

A

B

K

K

P

P

RTP

RTP

A Constante de Equilíbrio

A Constante de Equilíbrio

dDcCbBaA

eqbB

aA

dD

cC

i

dK

)(P)(P

)(P)(P

k

k

A condição de equilíbrio para reagentes e produtos na fase gasosa:

A condição de equilíbrio para reagentes e produtos em solução:

A expressão da constante de equilíbrio depende apenas da estequiometria da reação, não de seu mecanismo.

ba

dc

eq BA

DCK

)()(

)()(

O valor da constante de equilíbrio varia apenas com a temperatura.

Lei da ação das massas

Ordem de Grandeza das Constantes

O Sentido da Equação Química

O sentido no qual escrevemos a equação química para um equilíbrio é arbitrário:

reagentes. os predominam esquerda; à -encontra-se equilíbrio :1

produtos. os predominam direita; à-encontra-se equilíbrio :1

eq

eq

K

K

)(2)( 242 gNOgON

A Constante de Equilíbrio

• A constante de equilíbrio da reação inversa é o inverso da constante de equilíbrio da reação direta.• Multiplicar os coeficientes de uma reação original, gera uma constante de equilíbrio equivalente a elevar a constante de equilíbrio original a esse número.

A Constante de Equilíbrio

• A constante de equilíbrio de uma reação em etapas é a multiplicação das constantes das etapas individuais.

Equilíbrios heterogêneos

• As pressões parciais dos gases são substituídas na expressão da constante de equilíbrio.

• As concentrações molares das espécies dissolvidas são substituídas na expressão da constante de equilíbrio.

• Os sólidos puros, os líquidos puros e os solventes não são incluídos na expressão da constante de equilíbrio.

Equilíbrios heterogêneos

A expressão da constante de equilíbrio fica:

2

)()()( 23

COeq PK

gCOsCaOsCaCO

Exemplos:

Cálculo das Constantes de Equilíbrio

- Conhecendo todas as concentrações ou pressões parciais no equilíbrio;

bB

aA

dD

cC

eq PP

PPK

)()(

)()(

ba

dc

eq BA

DCK

)()(

)()(

- Conhecendo a concentração ou pressão parcial no equilíbrio de pelo menos uma espécie:

• Tabelar os valores iniciais e de equilíbrio;• Calcular a variação das espécies conhecidas;• Determinar a variação das outras substâncias utilizando a estequiometria;• Calcular as concentrações de equilíbrio;• Determinar Keq .

Cálculo das Constantes de Equilíbrio

Demonstração

O trióxido de enxofre decompõe-se a alta temperatura em um recipiente selado: 2 SO3(g) 2 SO2(g) + O2(g). Inicialmente o recipiente é abastecido a 1000 K com SO3(g) a uma pressão parcial de 0,500 atm. No equilíbrio, a pressão parcial de SO3(g) é 0,200 atm. Calcule o valor de Keq.

2 SO3(g) 2 SO2(g) + O2(g)

Início 0,500 atm ------- -------

Variação -0,300 atm +0,300 atm +0,150 atm

Equilíbrio 0,200 atm +0,300 atm +0,150 atm

338,0)(

)()(2

2

3

22

SO

OSOeq P

PPK

Aplicações das Constantes de Equilíbrio

- Determinação do sentido para atingir o equilíbrio;

- Cálculo das concentrações de reagentes e produtos durante o equilíbrio.

Determinação do sentido para atingir o equilíbrio

• Quociente da reação (Q) : Resultado obtido pela substituição das pressões parciais ou concentrações dos produtos e reagentes na expressão da Keq.

Q > Keq →Equilíbrio com mais reagentes (dir.→esq.)

Q < Keq →Equilíbrio com mais produtos (esq.→dir.)

Q = Keq →Sistema em equilíbrio.

Cálculo das concentrações de reagentes e produtos durante o equilíbrio.

Em uma mistura em equilíbrio, a pressão parcial de H2 é de 3,85 atm e a pressão parcial de I2 é 63,1 atm. Sabendo que o valor da constante de equilíbrio da reação abaixo é 50,5, qual é a pressão parcial de HI no equilíbrio? H2(g) + I2(g) 2HI(g)

Pressão no equilíbrio (atm): 3,85 63,1 x

PHI = x ≈ 110,6 atm.

5,50)1,63)(85,3(

²

))((

)(

22

2

x

PP

PK

IH

HIeq

Princípio de Le Châtelier

“Se um sistema em equilíbrio é perturbado por uma variação na temperatura, pressão ou concentração de um dos componentes, o sistema deslocará sua posição de equilíbrio de tal forma a neutralizar o efeito do distúrbio.”

Influência da Variação de Pressão (P)

• ↑ P (↓Volume) : Equilíbrio deslocado para o sentido da reação que possui menor quantidade gasosa.

• ↓ P (↑Volume) : Equilíbrio deslocado para o sentido da reação que possui maior quantidade gasosa.

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

4 mols 2 mols

Influência da Variação de Temperatura (T)

• ↑ T : Equilíbrio deslocado no sentido da reação endotérmica.

• ↓ T : Equilíbrio deslocado no sentido da reação exotérmica.

Exemplo: PCl5 (g) PCl3(g) + Cl2(g) ΔHº = 87,9 kJ Reação direta = endotérmica. Reação inversa = exotérmica.

Influência da Concentração [C]

• ↑ [C] : Equilíbrio deslocado no sentido de consumir essa substância.

• ↓ [C] : Equilíbrio deslocado no sentido de produzir essa substância. Exemplo: N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)

Influência dos Catalisadores

Aumenta a velocidade para o equilíbrio ser atingido, mas NÃO a composição da mistura no equilíbrio.

Equilíbrio Químico no Cotidiano

• Óculos Fotocromáticos: AgCl + energia Ag + Cl

AgCl = aparência clara. Ag = aparência escura.

• Cerveja Supercongelamento

Referências Bibliográficas

-Química: A Ciência Central, 9ª ed. Brown, LeMay, Bursten

-http://www.agracadaquimica.com.br/index.php?&ds=1&acao=quimica/ms2&i=23&id=239