AULA TERICA: EQUILBRIO QUMICOCursos: Anlises Clnicas e Sade Pblica, Diettica, Farmcia, RadiologiaQumica Aplicada

Equilbrio Qumico

Todas as reaces tendem alcanar o equilbrio qumico

Quando as velocidades das reaces directa e inversa forem iguais e as concentraes dos reagentes e dos produtos no variarem com o tempo, atinge-se o equilbrio qumico.

O equilbrio qumico no alcanado instantaneamente.

Segundo o Princpio de Le Chtelier, o equilbrio qumico pode ser perturbado (deslocado).

Reaces e Equilbrio Algumas reaces parecem gastar todos os reagentes:

No entanto permanecem pequenas quantidades, sendo mais correcto escrever:

Estabelecer o equilbrioAlgumas reaces so muito rpidas, este exemplo explosivo

O equilbrio de uma reaco hipottica

Reaco lenta, hipottica: A+B C+D reagentes produtos

Evoluo da reacoA+B C+Dt0 : reagentes A+B A+B t1: reagentes A+B diminuiram, foram gastos parcialmente e houve formao de alguns produtos C+D A+B C+Dt2: o equilbrio estabelecido, formao de C+D compensada pela formao de A+B A+B C+D

Equilbrio e tempot0 : A+B

t1: A+B C+D

t2: A+B C+DA BC ou Dtt0t1t2

A estequiometria e o equilbrioConsideremos a seguinte reaco reversvel:

aA + bB cC + dD

Onde a, b, c e d so os coeficientes estequiomtricos das espcies A, B, C e D. A constante de equilbrio da reaco a uma determinada temperatura :

Variao das concentraes de NO2 e N2O4 ao longo do tempot0: s est presente NO2 t0: s est presente N2O4 t0: est presente mistura de NO2 e N2O4

N2O4 (g) 2 NO2 (g)incolorCastanho

Kc : constante de equilbrioConsideremos o seguinte sistema em equilbrio.

N2O4 (g) 2 NO2 (g)

A constante de equilbrio dada por:

Kc constante de equilbrioConcentraes das espcies reagentes so expressas em mol/l.

Kp : Constante de equilbrio gasoso

Nas reaces em fase gasosa, as concentraes dos reagentes e dos produtos tambm podem ser expressas em termos das suas presses parciaisPara seguinte sistema em equilbrio.

N2O4 (g) 2 NO2 (g)

Podemos escrever

Onde PNO2 e PN2O4 so respectivamente, as presses parciais (em atm) de NO2 e N2O4 no equilbrio. KP significa que as concentraes de equilbrio esto expressas em termos de presso.

Constante de equilbrio: KKc: s, l, e soluesO ndice em Kc, significa que nesta frmula da constante de equilbrio, as concentraes dos reagentes e dos produtos so expressas em moles por litro ou molar.

KP: g Neste caso as concentraes dos reagentes e dos produtos so expressas em termos das suas presses parciais.

Relao entre KC e KP Em que :R = 0,0821 L.atm/K. mol

n = moles de produtos no estado gasoso moles de reagentes no estado gasoso

Lei da aco das massasConsiderando a reaco hipottica: A + B C + D

A quantidade Q definida como:

em que Q o coeficiente reaccional Uma vez estabelecido o equilbrio

em t0 : Q = 0 em t1 : Q > 0No equilibrio, Q constante Q= K (K, a constante de equilbrio)

Fases e equilbrio

Equilbrios podem ser:homogneos (s uma fase)heterogneos (vrias fases)

simplifica-se considerando s uma fase

Equilbrio heterogneo

CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)

Kc = [CO2]KP = PCO2

A presso de CO2 no equilbrio a mesma independentemente das quantidades da fase slida (neste caso, de CaCO3 e CO2 ) mesma temperatura.Sistemas fechados

Princpio Le ChtelierPerturbao do equilbrioQuando o equilbrio perturbado, desloca-se para compensar:adio de reagentes: resulta na formao de produtosremoo de produtos: resulta no consumo de reagentesadio de produtos: resulta na formao de reagentesremoo de reagentes: resulta no consumo de produtos

Factores que afectam o equilbrio qumico

Concentrao

Presso e Volume

Calor e Temperatura

Concentrao e equilbrioPara determinar o sentido a reaco at se atingir o equilbrio, compara-se os valores de K e Q. Podem ocorrer trs situaes:

Q< K

Q= K

Q>K

Q< KA razo entre as concentraes iniciais dos produtos e dos reagentes muito pequena.

Reagentes tm de ser convertidos em produtos.

Para que se atinja o equilbrio o sistema evolui da esquerda para a direita at se atingir o equilbrio.

A + B C + D

Q= K

As concentraes iniciais so as concentraes de equilbrio.

O sistema est em equilbrio.

A + B C + D

Q>KA razo entre as concentraes iniciais dos produtos e as concentraes iniciais dos reagentes muito grande. Para que se atinja o equilbrio, os produtos tm de se converter nos reagentes. O sistema evolui da direita para a esquerda at se atingir o equilbrio. A + B C + D

Perturbao do equilbrio A + B C+Dadio

A + B C+D remoo

A + BC+D adio

A + BC+D remoo

Presso e equilbrio

O aumento ou diminuio de presso tambm desloca equilbrios (especialmente quando reagente(s) ou produto(s) so gasosos).

Variaes no volume e na pressoN2O4 (g) 2 NO2(g)

Em geral, um aumento de presso (diminuio no volume) favorece a reaco em que h uma diminuio do nmero total de moles de gases (reaco inversa, neste caso)

Uma diminuio da presso (aumento no volume) favorece a reaco em que h uma aumento do nmero total de moles de gases (neste caso, a reaco directa).

Variaes no volume e na pressoVariando a presso num recipiente onde se encontra um sistema em equilbrio, em fase gasosa, o sistema evolui espontaneamente de acordo com o Princpio de Le Chtelier, isto , de tal forma que tende a contrair a perturbao introduzida.

Note-se, no entanto, uma vez que a presso de um gs depende do nmero de molculas desse gs no recipiente, as reaces qumicas cujo nmero de molculas de reagentes for estequiometricamente igual ao nmero de molculas de produtos no so afectadas por variaes de presso.

Calor e equilbrioA adio ou remoo de calor tambm pode deslocar o equilbrio em reaces endo e exotrmicas

Variaes na temperaturaConsideremos o sistema: N2O4 (g) 2 NO2(g)A formao de NO2 a partir de N2O4 um processo endotrmico:

N2O4 (g) 2 NO2(g) H0 = 58,0 kJ

E a reaco inversa um processo exotrmico 2 NO2(g) N2O4 (g) H0 = - 58,0 kJ

Processo Haber: Sntese de NH3N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)

Condies ptimas: - presso elevada; - Temperatura baixa.

Na indstria : Temperatura + catalisador: velocidade da produo (cintica).

A vida a altitudes elevadas e a produo de hemoglobinaComo explicar este facto?

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A vida a altitudes elevadas e a produo de hemoglobinaEscalar uma montanha de elevada altitude pode causar dores de cabea, nuseas, fadiga no usual e outros incmodos. Tudo isto so sintomas de hipoxia, uma deficincia na quantidade de O2 quando chega aos tecidos do corpo.

No entanto, uma pessoa que vive a altitude elevada durante semanas ou meses recupera gradualmente do enjoo de altitude e habitua-se ao teor do contedo de O2 na atmosfera, sendo capaz de funcionar normalmente.

A vida a altitudes elevadas e a produo de hemoglobinaConsideremos o seguinte sistema em equilbrio, que representa a combinao do O2 com a molcula de hemoglobina:

Hb (aq) + O2 (aq) HbO2 (aq)

HbO2 - oxi-hemoglobina que o composto que transporta realmente o O2 para os tecidos.

A constante de equilbrio :

De acordo com o Princpio de Le Chtelier, como evoluir o sistema se a ocorrer uma diminuio da concentrao de O2?

Hb (aq) + O2 (aq) ? HbO2 (aq)

De acordo com o Princpio de Le Chtelier, uma diminuio da concentrao de O2 deslocar o sistema da direita para a esquerda.

Hb (aq) + O2 (aq) HbO2 (aq)

Esta variao elimina a oxi-hemoglobina, causando hipoxia.

Desde que se d tempo suficiente o corpo capaz de se defender desta adversidade produzindo mais molculas de hemoglobina. O equilbrio desloca-se ento gradualmente da esquerda para a direita novamente, favorecendo a produo de oxi-hemoglobina.

A vida a altitudes elevadas e a produo de hemoglobina

Energia de Gibbs e Equilbrio QumicoAs equaes que nos do as variaes de energia de Gibbs e de energia padro so, respectivamente,

importante compreender as condies em que estas equaes so aplicveis e que tipo de informao podemos obter a partir de G e de G

Consideremos a seguinte reaco:

Reagentes Produtos

Energia de Gibbs e Equilbrio QumicoA variao da Energia de Gibbs padro para esta reaco dada por:

G = G (produtos) G(reagentes)

G - representa a variao da energia de Gibbs quando os reagentes no seu estado padro so convertidos em produtos tambm no seu estado padro.

Assim que a reaco tiver incio, deixa de ser vlida a condio de estado padro para os reagentes e para os produtos, pois nenhum deles permanece em soluo com uma concentrao padro.

Energia de Gibbs e Equilbrio QumicoQuando no estamos sob condies padro, devemos usar G em vez de G para prever a direco da reaco. A relao entre G e G :

G = G + RT ln Q Em que:R constante dos gases perfeitos ( 8,314 J/K . mol)T temperatura absoluta a que ocorre a reacoQ quociente reaccional No equilbrio, G = 0 e Q = K 0 = G + RT ln K

G = - RT ln K

Reaco no espontnea G (reagentes)

G = G(produtos) G(reagentes) < 0 G (reagentes) G (produtos)Reaco espontnea

Reaco em Equilbrio Qumico

Energia de Gibbs e Equilbrio Qumico

Kln KGComentrios> 1PositivoNegativoA reaco espontnea. Os produtos so favorecidos em relao aos reagentes.= 100Os produtos e os reagentes so igualmente favorecidos.< 1NegativoPositivoA reaco no espontnea. Os reagentes so favorecidos em relao aos produtos.

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