Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química Ensino Médio, 2° Ano Deslocamento de...

Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química

Ensino Médio, 2° AnoDeslocamento de equilíbrio (princípio de Le Chatelier):

Concentação, pressão

QUÍMCA, 2º AnoDeslocamento de equilíbrio: concentração, pressão

Relembrando conceitos

Características do equilíbrio:• as velocidades da reação direta (v1) e da reação inversa (v2)

são iguais;

• todo equilíbrio químico é um equilíbrio dinâmico;• externamente, tem-se a impressão de que tudo cessa, mas

isso não ocorre. Tanto a reação direta como a reação inversa permanecem ocorrendo, com a mesma velocidade.

HIIH 222


Relembrando conceitos

Características do equilíbrio:• assim sendo, as concentrações das espécies presentes

permanecem constantes;• uma reação reversível tende, naturalmente, ao equilíbrio

(estado de menor energia);• o equilíbrio químico só pode ser obtido nas reações que ocorrem

em sistema fechado (ou seja, não ocorre troca de matéria).

Aberto Fechado Isolado


Vídeo sobre equilíbrio molecular

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=aixS4QiV-tk


Deslocando o equilíbrio:

• ao atingir o estado de equilíbrio, o sistema tende a permanecer nesse estado desde que não ocorra nenhuma perturbação externa;

• Henri Louis Le Châtelier estudou os sistemas em equilíbrio e os fatores que os afetavam;

• foi ele quem elaborou um princípio (que tem seu nome) para explicar esse comportamento. Imagem: Autor desconhecido/ Domínio Público


Deslocando o equilíbrio

• Princípio de Le Chatelier:“Quando se provoca uma perturbação sobre o

sistema em equilíbrio, ele tende a se deslocar no sentido de fuga frente à ação aplicada (tende a

anular a ação aplicada), tentando se ajustar a uma nova situação de equilíbrio.”


Deslocamento do equilíbrio

Efeito da concentraçãoConsidere o processo de Haber (obtenção de amônia):

N2(g) + 3 H2(g) 2 NH⇄ 3(g)

• suponhamos que tenhamos N2, H2 e NH3 em um recipiente mantido à temperatura constante em equilíbrio;

• mediremos a concentração de equilíbrio de cada uma das três substâncias;

• em seguida, adicionaremos N2 recipiente.

• O que ocorrerá?



Efeito da concentração:

N2(g) + 3 H2(g) 2 NH⇄ 3(g)

• a concentração de N2 aumenta repentinamente devido à quantidade adicionada;

• a resposta do sistema é voltar ao estado de equilíbrio novamente;

• isso será feito diminuindo a concentração de N2 e H2, enquanto aumenta a concentração de NH3;

• é isso que normalmente escutamos quando o equilíbrio "foi deslocado para a direita".



Efeito da concentração:

N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g)

E se adicionarmos NH3 ao sistema em equilíbrio?

• Nesse caso, o sistema reagirá novamente para estabelecer o equilíbrio aumentando as concentrações de N2 e H2.

• Dizemos que o equilíbrio "foi deslocado para a esquerda".



Efeito da concentraçãoResumindo o efeito da concentração, temos:

– aumento na concentração dos reagentes (ou diminuição na concentração dos produtos)

• desloca o equilíbrio para a direita ();

– diminuição na concentração dos reagentes (ou aumento na concentração dos produtos)

• desloca o equilíbrio para a esquerda ().



Efeito da pressão:• considere o mesmo sistema anterior (processo de Haber):

N2(g) + 3 H2(g) 2 NH⇄ 3(g)

• suponhamos que, repentinamente, o volume do recipiente seja diminuído (mantendo a temperatura constante);

• as quantidades de N2, H2 e NH3 não serão imediatamente afetadas. Contudo, suas concentrações aumentarão imediatamente.

• Como o sistema reagirá?



Efeito da pressão:

N2(g) + 3 H2(g) 2 NH⇄ 3(g)

• neste caso, é observado que “o equilíbrio se desloca para a direita”, ou seja, o equilíbrio é restabelecido com mais NH3 formado e menos N2 e H2;

• desta forma, será minimizada a pressão total do sistema por meio da redução do número total de moléculas;

• note que, mesmo depois de restabelecido o equilíbrio, embora tenhamos mais NH3 e menos H2 e N2, as concentrações de todos eles aumentaram, como consequência da diminuição de volume do recipiente.



Efeito da pressão:

N2(g) + 3 H2(g) 2 NH⇄ 3(g)

• e se aumentarmos o volume do recipiente?• agora o sistema reagirá à diminuição repentina da pressão

total deslocando o equilíbrio “para a esquerda”, ou seja, o equilíbrio é restabelecido com menos NH3 formado e mais N2 e H2;

• nesta caso, mesmo depois de restabelecido o equilíbrio, embora tenhamos menos NH3 e mais H2 e N2, as concentrações de todos eles diminuíram, como consequência do aumento de volume do recipiente.



Efeito da pressãoResumindo o efeito da pressão, temos:

– aumento na pressão total do sistema (=diminuição no volume do recipiente)

• desloca a reação para o lado que tiver menos moléculas (gasosas);

– diminuição na pressão total do sistema (=aumento no volume do recipiente)

• desloca a reação para o lado que tiver mais moléculas (gasosas).


Exemplos

1. Num vaso reator de certa capacidade fixa, misturam-se 1,0 mol de H2(g) e 0,5 mol de I2(g), a uma temperatura de 500°C. Determine a quantidade de HI(g) no fim da reação (equilíbrio), H2(g) + I2(g) 2HI⇄ (g) ,sabendo que a respectiva constante de equilíbrio é 63,3.Representando por x o número de mols (n) de H2 (ou de I2) que reagem até se atingir o equilíbrio e V (volume do recipiente em L), temos:

Fonte: http://nautilus.fis.uc.pt/wwwqui/equilibrio/port/hipertexto/eqq_hiper_texto_04_1.html

H2 + I2 ⇄ 2 HIn (inicial) 1,0 0,5 0,0

n (equilíbrio) 1,0 – x 0,5 – x 2x

M (=n/V) (equilíbrio)

(1,0 – x)/V (0,5 – x)/V 2x/V


Exemplos

1. (cont.) O valor x é determinado a partir da constante de equilíbrio

Resolvendo a equação do 2º grau, obtém-se x = 0,47 (a outra solução x = 1,13 não tem significado físico porque x não pode ser superior ao número inicial de mols de H2 ou I2 ).

Logo, o número de mols de HI no equilíbrio é 2 x 0,47 = 0,94.

x)x)(0,5(1,04x

x)/V][(0,5x)/V][(1,0(2x/V)

][I][H[HI]

K22

22

2

Imagem: VistaICO.com/ Creative Commons Attribution 3.0 Unported


Exemplos

2. O pentacloreto de fósforo dissocia-se parcialmente segundo a equação PCl5(g) PCl⇄ 3(g) + Cl2(g). Considere PCl5, com a pressão inicial de 2,0 atm, num vaso reator de capacidade fixa (a 300°C). À medida que a reação decorre, a pressão parcial de PCl5 diminui, enquanto as de PCl3 e de Cl2 aumentam, até que se atinge equilíbrio, sendo Kp = 11,5.

a) Se a pressão parcial de PCl5 tiver diminuído de uma quantidade x, de quanto aumentou a pressão total?

b) Calcule x e a pressão total no fim da reação (equilíbrio). Fonte: http://nautilus.fis.uc.pt/wwwqui/equilibrio/port/hipertexto/eqq_hiper_texto_04_1.html


Exemplos

a) Se a pressão parcial de PCl5 tiver diminuído de uma quantidade x, de quanto aumentou a pressão total?A pressão parcial de PCl5 no equilíbrio será:

p(PCl5) = (2,0 – x)

Como, por cada mol de PCl5 que se dissocia, há a formação de um mol de PCl3 e de Cl2, as pressões parciais destes passam de zero a x:

p(PCl3) = p(Cl2) = x

Então, a pressão total será:P(total) = p(PCl5) + p(PCl3) = p(Cl2) = (2,0 – x) + x + x = 2,0 + x, tendo, portanto, aumentado de x em relação ao valor inicial.


Exemplos

b) Calcule x e a pressão total no fim da reação (equilíbrio).

Da expressão da constante de equilíbrio Kp:Kp = p(PCl3) x p(PCl2) / p(PCl5) = 11,5

Tem-se, portanto: x2 / (2,0 - x) = 11,5 x = 1,7 atm

A pressão final será 2,0 + x = 3,7 atm

Imagem: VistaICO.com/ Creative Commons Attribution 3.0 Unported


Resumos visuais

Efeito da concentração• Equilíbrio cromato – dicromato:

2 CrO42–

(aq) + 2 H3O+(aq) ⇄ Cr2O7

2–(aq) + 3 H2O

(amarelo) (laranja)

Efeito da pressão• Le Chatelier e a pressão


Exercícios de fixação

1. (UDESC/2010) O processo industrial de produção de amônia (NH3) envolve o seguinte equilíbrio: N2(g) + 3H2(g) 2NH⇄ 3(g). O gráfico mostra, aproximadamente, as porcentagens em equilíbrio dos gases na mistura da reação. Analise as proposições:I. A formação da amônia é favorecida em condições de alta pressão e baixa temperatura.II. A reação de formação da amônia é um processo endotérmico.III. Em um recipiente fechado, à pressão constante, o aumento da temperatura favorece a

decomposição da amônia.IV. Um aumento na concentração de gás nitrogênio causará um deslocamento do equilíbrio

químico no sentido dos reagentes.

Assinale a alternativa correta.A) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras.B) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras.C) Somente as afirmativas III e IV são verdadeiras.D) Somente as afirmativas I e IV são verdadeiras.E) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.

100

80

60

40

20

0

200 400 600 800 1000Pressão / atm

Per

cent

agem

de

amon

iaco



2. (PUC-RIO /2008) Reações químicas dependem de energia e colisões eficazes que ocorrem entre as moléculas dos reagentes. Em sistema fechado, é de se esperar que o mesmo ocorra entre as moléculas dos produtos em menor ou maior grau até que se atinja o chamado “equilíbrio químico”.O valor da constante de equilíbrio em função das concentrações das espécies no equilíbrio, em quantidade de matéria, é um dado importante para se avaliar a extensão (rendimento) da reação quando as concentrações não se alteram mais. Considere a tabela com as quantidades de reagentes e produtos no início e no equilíbrio, na temperatura de 100°C, para a reação abaixo. Assinale a alternativa correta.

A) 0,13B) 0,27C) 0,50D) 1,8E) 3,0

Reagentes/produtos No início No equilibrio

[N2O4] 0,050 mil L 0,030 mol L

[NO2] 0,050 mil L 0,090 mol L

N2O4(g) 2NO2(g)



3. (UnB) Um dos processos de fabricação de H2 consiste em passar uma mistura de monóxido de carbono e vapor d’água sobre um catalisador adequado, à temperatura de 50°C.A reação é a seguinte: CO + H2O CO⇄ 2 + H2. O procedimento correto para a obtenção de um rendimento de hidrogênio é:

a) diminuir a concentração de monóxido de carbono.b) injetar gás carbônico em excesso.c) injetar vapor d’água em excesso.d) nenhuma dessas.



4. Para o equilíbrio abaixo, determine o efeito provocado por cada ação listada:

2 Fe(s) + 3 H2O(g) Fe⇄ 2O3(s) + 3 H2(g)

a) Adicionar H2(g) ao sistema.

b) Adicionar H2O(g) ao sistema.

c) Aumentar a pressão total sobre o sistema.

Deslocará o equilíbrio para a esquerda (formação de reagentes) para compensar o aumento na concentração de H2.

Deslocará o equilíbrio para a direita (formação de produtos) para compensar o aumento na concentração de H2O.

Não irá afetar o equilíbrio, pois ambos os lados possuem a mesma quantidade de moléculas gasosas.



5. (UFGO) A seguir, são apresentados cinco equilíbrios químicos. Assinale aquele que não sofre deslocamento com aumento de pressão:

a) SO2Cl2(g) SO⇄ 2(g) + Cl2(g)

b) SbCl5(g) SbCl⇄ 3(g) + Cl2(g)

c) C(s) + CO2(g) 2 CO⇄ (g)

d) 2 HI(g) H⇄ 2(g) + I2(g)

e) 2 H2S(g) 2 H⇄ 2(g) + S2(g)Imagem:André Luis Carvalho; Leandro Maranghetti Lourenço/ Domínio Público


Tabela de Imagensn° do slide

direito da imagem como está ao lado da foto

link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso

5 Autor desconhecido/ Domínio Público http://commons.wikimedia.org/wiki/

File:Lechatelier.jpg?uselang=pt-br30/08/2012

16 VistaICO.com/ Creative Commons Attribution 3.0 Unported

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:1328101911_Symbol-Check.png

30/08/2012

19 VistaICO.com/ Creative Commons Attribution 3.0 Unported

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:1328101911_Symbol-Check.png

30/08/2012

25 André Luis Carvalho; Leandro Maranghetti Lourenço/ Domínio Público

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vidrarias_de_Laboratorio.jpg?uselang=pt-br

30/08/2012

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