Denis Queiroz dos Reis 15759

Felipe Loschi de Quadros 15762

Engenharia de Controle e Automação

Equilíbrio Químico

Sumário

1. 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 Conceito de Equilíbrio

No equilíbrio:

Velocidade dos reagentes é igual à velocidade dos produtos

Se A e B forem solutos em solução, as concentrações são expressas em quantidade de matéria por volume.

No caso de A e B serem gases, podemos converter as concentrações em pressões parciais por meio da equação do gás ideal.

Equilíbrio Químico

Quando o equilíbrio é atingido as pressões parciais se tornam constantes, e as velocidades da reação direta e inversa são iguais.

Conceito de Equilíbrio

Para indicar que no equilíbrio a reação continua ocorrendo nos dois sentidos, usamos a seguinte representação

Equilíbrio QuímicoConceito de Equilíbrio

O processo de Haber

O processo de Haber consiste em obter amônia NH3(g) a partir de H2(g) e N2(g).

A engenharia necessária para implementar esse processo requer o uso de altas temperaturas e pressões.

Equilíbrio QuímicoA Constante de Equilíbrio

Chamando Keq a razão entre Kd e Ki

Essa equação vale para os gases. No caso de reagentes e produtos estarem todos em solução, temos a seguinte equação:

Equilíbrio QuímicoA Constante de Equilíbrio

A condição de equilíbrio pode ser atingida a partir de qualquer sentido.

O equilíbrio é atingido a partir de H2 e N2

O equilíbrio é atingido começando apenas com NH3

Equilíbrio QuímicoA Constante de Equilíbrio

Ordem de Grandeza das Constantes

• Se Keq>>>1, o equilíbrio encontra-se à direita, com mais produtos do que reagentes.

• Se Keq<<<1, o equilíbrio encontra-se à esquerda, com mais reagentes do que produtos.

Equilíbrio QuímicoA Constante de Equilíbrio

Manipulando os Valores da Constante de Equilíbrio

• A constante de equilíbrio de uma reação no sentido inverso é o inverso da constante da reação no sentido direto.

• Se duas equações forem somadas, a constante da equação global é o produto das constantes.

• A constante de equilíbrio de uma equação multiplicada por um número é a constante de equilíbrio elevada àquele número.

Equilíbrio QuímicoEquilíbrios Heterogêneos

Em muitos equilíbrios, quando todas as substâncias estão numa mesma fase, o equilíbrio é chamado de equilíbrio homogêneo, caso as substâncias estejam em diferentes fases, o equilíbrio é chamado de equilíbrio heterogêneo.

No caso do equilíbrio heterogêneo, o cálculo da constante de equilíbrio é feito da mesma forma que para o homogêneo, porém deve-se excluir os sólidos e líquidos puros da expressão da constante.

Como exemplo temos a decomposição do CaCO3

Equilíbrio QuímicoEquilíbrios Heterogêneos

A decomposição do CaCO3 é um equilíbrio heterogêneo. À mesma temperatura, a pressão de CO2 é igual nos dois recipientes, mesmo que as quantidades relativas de CaCO3 e CaO sejam diferentes entre si.

Neste caso, Keq é:

Equilíbrio QuímicoEquilíbrios Heterogêneos

Exercício:

Determinar quais das seguintes misturas é capaz de atingir o equilíbrio expresso pela equação de decomposição do CaCO3.

CaCO3(s) ↔ CaO(s) + CO2(g)

a) CaCO3 puro; b) CaO e uma pressão parcial de CO2 maior que o valor de Keq; c) um pouco de CaCO3 e uma pressão de CO2 maior que o valor de Keq.

Equilíbrio QuímicoCálculo das Constantes de Equilíbrio

Quando as concentrações ou as pressões parciais de todos os produtos e reagentes são conhecidas, a constante de equilíbrio poderá ser calculada diretamente a partir da expressão da constante de equilíbrio.

Caso contrário, se conhecemos a concentração no equilíbrio de no mínimo uma espécie, usamos a estequiometria da reação para deduzir as concentrações no equilíbrio das outras espécies, seguindo os procedimentos:

1. Tabelar as concentrações iniciais e no equilíbrio de todas as espécies da expressão da constante de equilíbrio;

2. Tabelar também a variação entre o início e equilíbrio de todas as outras espécies utilizando a estequiometria;

3. A partir daí, calcular as concentrações no equilíbrio e posteriormente a constante de equilíbrio.

Equilíbrio QuímicoCálculo das Constantes de Equilíbrio

Exercícios:

1. Uma mistura de hidrogênio e nitrogênio em um recipiente de reação atinge o equilíbrio a 472°C. A mistura de gases em equilíbrio foi analisada e descobriu-se que ela contém 7,38 atm de H2, 2,46 atm de N2 e 0,166 atm de NH3. A partir desses dados calcule a constante de equilíbrio, Keq, para:

Equilíbrio QuímicoCálculo das Constantes de Equilíbrio

2. Dissolve-se uma quantidade de amônia suficiente em 5,00 litros de água a 25°C para produzir uma solução de 0,0124 mol/L de amônia. A solução é mantida até que atinja o equilíbrio. A análise da mistura em equilíbrio mostra que a concentração de OH- é 4,64 x 10-4 mol/L. Calcule a Keq a 25°C para a reação.

Equilíbrio QuímicoAplicações das Constantes de Equilíbrio

A constante de equilíbrio pode ser utilizada para determinarmos o sentido de uma reação química e também obter as concentrações no estado de equilíbrio.

Determinando o sentido da reação:

Quando substituímos os valores de pressões parciais ou concentrações dos produtos e reagentes na expressão da Keq , o resultado é conhecido como quociente de reação, representado pela letra Q. Existem três situações relacionando Q e Keq

Equilíbrio QuímicoAplicações das Constantes de Equilíbrio

A figura seguinte ilustra a relação de Q e Keq

1. Se Q = Keq , o sistema está em equilíbrio.

2. Se Q > Keq , a reação caminha da direita para a esquerda.

3. Se Q < Keq , a reação caminha da esquerda para a direita.

Equilíbrio QuímicoAplicações das Constantes de Equilíbrio

Exercício:

A 448°C a constante de equilíbrio, Keq, para a reação

é 51. Determine como a reação prosseguirá para atingir o equilíbrio a 448°C se começarmos com 2,0 x 10-2 mol de HI, 1,0 x 10-2 mol de H2 e 3,0 x 10-2 mol de I2 em um recipiente de 2,00 L.

Equilíbrio QuímicoAplicações das Constantes de Equilíbrio

Exercício:

A 448°C a constante de equilíbrio, Keq, para a reação

é 51. Determine como a reação prosseguirá para atingir o equilíbrio a 448°C se começarmos com 2,0 x 10-2 mol de H2 e 3,0 x 10-2 mol de I2 em um recipiente de 2,00 L.

Equilíbrio QuímicoAplicações das Constantes de Equilíbrio

Cálculo das concentrações no equilíbrio:

Na química muitas vezes há a necessidade de calcular as quantidades de reagentes e produtos. Para resolver problemas desse tipo usamos um método similar ao utilizado para resolver problemas que envolvem o cálculo da Keq. O que acontece é que nesse caso a constante de equilíbrio é conhecida e devemos portanto calcular as quantidades das espécies no equilíbrio.

Equilíbrio QuímicoPrincípio 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”.

Conceito

Equilíbrio QuímicoPrincípio de Le Châtelier

Variações de Volume e Pressão

•Se a pressão total sobre o sistema for aumentada, a reação se desloca no sentido de reduzir o número de moléculas de gás.

•Se a pressão total sobre o sistema for reduzida, a reação se desloca no sentido de aumentar o número de moléculas de gás.

Variação nas concentrações de reagente ou produto

•Se uma substância é adicionada a um sistema em equilíbrio, a reação se desloca de forma a consumir essa substância.

•Se uma substância é retirada de um sistema em equilíbrio, a reação se desloca de forma a produzir essa substância.

Equilíbrio QuímicoPrincípio de Le Châtelier

Variação da Temperatura

Em uma reação endotérmica podemos considerar o calor como um reagente, enquanto em uma reação exotérmica podemos considerá-lo um produto.

A mudança na temperatura influi no valor da constante de equilíbrio. Para reações diretas:

endotérmicas, o aumento da temperatura resulta em aumento de Keq

exotérmicas: O aumento da temperatura resulta em diminuição de Keq

O resfriamento de uma reação tem o efeito oposto de aquecê-la.

Equilíbrio QuímicoPrincípio de Le Châtelier

Lentes Fotocromáticas

O cloreto de prata (AgCl), quando na lente, dá uma aparência clara para a mesma, já a prata metálica (Ag), quando é formada na lente, dá uma aparência escura à lente.

Equilíbrio QuímicoPrincípio de Le Châtelier

Influência do Catalisador

•O catalisador aumenta as velocidades tanto da reação direta quanto da inversa, ou seja, ele aumenta a velocidade na qual o equilíbrio é atingido•O valor da constante de equilíbrio não é alterado pela presença do catalisador.

Equilíbrio Químico

Referências Bibliográficas

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

- http://www.quiprocura.net/equilibrio.htm

- http://inovacao.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1808-23942007000200022&lng=en&nrm=iso