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

Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química

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

temperatura e efeito de catalisador

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, a concentração 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 sistemas fechados (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 temperatura• consideraremos o mesmo equilíbrio da aula anterior:

N2(g) + 3 H2(g) 2 NH⇄ 3(g), H = -92,2 kJ

ouN2(g) + 3 H2(g) 2 NH⇄ 3(g) + 92,2 kJ

• o sentido direto da reação é exotérmico (libera calor). Logo, o sentido inverso será endotérmico (absorverá calor).

• O que aconteceria se adicionássemos calor ao sistema?


Efeito da temperatura

N2(g) + 3 H2(g) 2 NH⇄ 3(g) + 92,2 kJ

• a reação endotérmica (para a esquerda) consumirá parte do calor adicionado para produzir mais N2 e H2 a partir de NH3;

• dessa maneira, a temperatura aumentará menos que o esperado;

• em temperaturas mais elevadas, as concentrações no equilíbrio de N2 e H2 são maiores e a de NH3, menor.


Efeito da temperatura:

N2(g) + 3 H2(g) 2 NH⇄ 3(g) + 92,2 kJ

• a diminuição da temperatura provocará o feito contrário, já que favorecerá a reação exotérmica;

• será produzido calor para compensar parcialmente o que foi retirado do sistema.


Efeito da temperatura

• obs.: elevar (ou diminuir) a temperatura de um sistema afetará o equilíbrio por alterar o valor da constante de equilíbrio (Kc ou Kp), que depende da temperatura do sistema.


Efeito da temperaturaCo(Cl)4

2- + 6 H2O Co(H⇄ 2O)62+ + 4 Cl-, H < 0

(azul) (róseo)

Imagem: Chemicalinterest/ Domínio Público


Efeito da temperaturaResumindo o efeito da temperatura, temos

– aumento da temperatura (aquecimento) do sistema• desloca o equilíbrio no sentido da reação endotérmica

(absorção de calor);

– diminuição da temperatura (resfriamento) do sistema• desloca o equilíbrio no sentido da reação exotérmica

(liberação de calor).


Catalisador• O que é um catalisador?

São substâncias que alteram a velocidade das reações.

• Como eles atuam?Alteram o caminho da reação, fornecendo um caminho alternativo mais fácil de ser alcançado.

Gráfico Cinética quím ica e a influência do catalisador

Caminho da Reação

Ene

rgia

Sem Catalisador

Com CatalisadorEa

Ea


Efeito de adição de catalisador:• como afeta o estado de

equilíbrio?Como o catalisador aumenta igualmente a velocidade das reações direta e inversa, já que produz a mesma diminuição na energia de ativação das duas reações, ele não altera o estado de equilíbrio, só a velocidade com que o equilíbrio é atingido. Da mesma forma, não devemos esperar obter mais produtos em uma reação catalisada.

tempo

velo

cida

de

Reação direta

equilíbrio

Equilíbrio Químico e Influência do Catalisador


• Resumindo as regras básicas referentes ao uso de catalisadores:1) não são criadores de reações;2) permanecem inalterados ao final da reação;3) agem em pequenas quantidades em relação ao sistema;4) não alteram o estado de equilíbrio.

Imagem: André Luis Carvalho; Leandro Maranghetti Lourenço/ Domínio Público

Resumos visuais

Efeito da temperatura• Le Chatelier e a temperatura:

Pb(NO3)2(s) 2 PbO(s) + 4 NO2(g) + O2(g) (decomposição do sal)

2NO2(g) ⇄ N2O4(g)

(marrom) (incolor)

Adição de catalisador• Catalisador para a decomposição da H2O2:

2H2O2(l) 2H2O(l) + O2(g)

http://www.youtube.com/watch?v=N88Vy2-Q_xs

http://www.youtube.com/watch?v=KBxUySrmOww




Exemplo

1. (UNESP 2008) Dada a reação exotérmica2H2O2(aq) 2 H⇄ 2O(l) + O2(g),

a alteração que favorece a formação dos produtos é a elevação daa) temperatura.b) pressão parcial de O2.

c) concentração de H2O.

d) pressão.e) concentração de H2O2.

Imagem: VistaICO.com/ Creative Commons Attribution 3.0 Unported

Exemplo

2. Baseando-se na reação abaixo,C(s) + CO2(g) 2CO⇄ (g)

H= + 174kJ/mol de carbono

a constante de equilíbrio dessa reação (Kp) é expressa como segue:

Kp = (p(CO))2/p(CO2)

Qual é o efeito sobre esse equilíbrio quandoa) se adiciona carbono sólido?b) se aumenta a temperatura?c) se introduz um catalisador?

Exemplos

a) Quando se adiciona carbono sólidoa adição de C(s) não altera o equilíbrio, pois, sendo um sólido, sua concentração pode ser considerada constante.

b) Quando se aumenta a temperaturaC(s) + CO2(g) 2CO⇄ (g), H= + 174kJ/mol de carbono

equilíbrio se desloca para a direita, pois o aumento de temperatura favorecerá a reação endotérmica.

• Quando se introduz um catalisadora adição de catalisador não desloca equilíbrio.


Exemplo

3. Imagine um ácido fraco genérico (HA) dissolvido em água. Teremos, portanto, o seguinte equilíbrio:

HA(aq) H⇄ +(aq) + A-

(aq)

(amarelo) (vermelho)Se borbulharmos amônia (NH3) no sistema em equilíbrio, o que acontecerá com a coloração dele?

A amônia (NH3) irá reagir com os íons H+, removendo-os do sistema: H+ + NH3 NH⇄ 4

+. Assim, o equilíbrio será deslocado para a direita. Desse modo, a coloração vermelha será acentuada, pois aumenta a concentração dos íons A-.


Exercícios de fixação

1. (UFES) Considere a reação hipotética: A + B ⇄ C + DCom relação ao equilíbrio químico do sistema, à temperatura constante, pode-se afirmar quea) a adição de reagentes ao sistema desloca o equilíbrio no sentido

deformação de produtos, aumentando o valor da constante de equilíbrio.b) a adição de produtos ao sistema desloca o equilíbrio no sentido de

formação de reagentes, diminuindo o valor da constante de equilíbrio.c) a adição de reagentes ou de produtos ao sistema não afeta o valor da

constante de equilíbrio.d) a adição de reagentes ao sistema desloca o equilíbrio no sentido

deformação de reagentes, diminuindo o valor da constante de equilíbrio.e) a adição de produtos ao sistema desloca o equilíbrio do sistema no

sentido de formação de produtos, aumentando o valor da constante de equilíbrio.


2. (UERJ) A seguir, está representada a equação química balanceada que mostra a combustão da amônia, etapa fundamental na fabricação do ácido nítrico:

4NH3(g) + 5O2(g) ⇄ 4NO2(g) + 6H2O(g), H<0

Essa reação produzirá a quantidade máxima de NO2 (óxido de nitrogênio IV) nas seguintes condições de pressão e temperatura, respectivamente:

a) alta – altab) alta – baixac) baixa – altad) baixa – baixa


3. (PUC) O equilíbrio químico representado pela equaçãoN2(g) + O2(g) 2NO⇄ (g) H = +21,6 Kcal,

apresentará rendimento máximo em NO:a) em temperaturas e pressões elevadas.b) em temperaturas e pressões baixas.c) em temperaturas elevadas e pressões baixas.d) em temperaturas elevadas independentemente da pressão.e) em pressões altas independentemente da temperatura.

N=O


4. Nas condições ambientes, é exemplo de sistema em estado de equilíbrio uma:a) xícara de café bem quente.b) garrafa de água mineral gasosa fechada.c) chama uniforme de bico de Bunsen.d) porção de água fervendo em temperatura constante.e) tigela contendo feijão cozido.

Fonte: http://www.sempretops.com/estudo/equilibrio-quimico-exercicios/


5. (UFV/2011) Uma das etapas de fabricação do ácido sulfúrico é a conversão de SO2 a SO3, numa reação exotérmica, que ocorre segundo a equação abaixo:

SO2(g) + ½O2(g) SO⇄ 3(g)

Em relação ao equilíbrio dessa reação, é CORRETO afirmar quea) o aumento da pressão, mantida à temperatura constante,

favorece a formação de SO2.b) o uso de um catalisador aumenta a concentração de SO3 no

equilíbrio.c) o aumento da temperatura favorece a formação de SO2.d) o aumento da velocidade de produção de SO3 aumenta sua

concentração no equilíbrio.

Atividade de fixação

• Montar a seguinte tabela no caderno de atividades e completá-la com os efeitos relacionados.

Fator (perturbação)Aumento provoca deslocamento do equilíbrio para...

Diminuição provoca deslocamento do equilíbrio para...

Concentração

Pressão

Temperatura

Catalisador

Tabela de Imagensn° do slide

direito da imagem como está ao lado da foto

link do site onde se conseguiu a informação Data do Acesso

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

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

11 Chemicalinterest/ Domínio Público http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cobalt_chloride_equilibrium.JPG?uselang=pt-br

30/08/2012

15 André Luis Carvalho; Leandro Maranghetti Lourenço/ Domínio Público

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

30/08/2012

17 VistaICO.com/ Creative Commons Attribution 3.0 Unported

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

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