05/02/2016

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Equilíbrio Químico

Prof. Alex Fabiano C. Campos

Processos Reversíveis e Irreversíveis• Algumas reações são irreversíveis, ou seja, uma vez obtidos os produtos não há

previsão espontânea de regeneração dos reagentes.

CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l)

queima do metano

• Outras reações são reversíveis, ou seja, os produtos podem regenerar osreagentes espontaneamente.

dimerização do dióxido de nitrogênio

incolorcastanho

reação direta

reação inversa

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Conceito de Equilíbrio Químico

O equilíbrio químico é atingido quando as velocidades das reações direta e inversatornam-se iguais. Nessa situação, as concentrações de todas as espécies permanecemconstantes, mas não necessariamente iguais.

Conceito de Equilíbrio Químico• As concentrações de todas as espécies mantêm-se constantes, mas nãonecessariamente iguais.• As propriedades físicas e organolépticas, como temperatura, pressão, odor e cortambém permanecem constantes.• O equilíbrio químico tem natureza dinâmica, ou seja, uma vez atingido as reações diretae inversa continuam a ocorrer porem na mesma taxa. Em nível molecular, as espéciescontinuam interagindo.

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Constante de Equilíbrio

• Considere o equilíbrio genérico:

Lei de Velocidade para a reação direta Lei de Velocidade para a reação inversa

• Define-se a constante de equilíbrio (Kc) como:

• No equilíbrio:

Constante de Equilíbrio• No caso de reações em fase gasosa, pode-se definir a constante de equilíbrio Kp, emtermo das pressões parciais dos gases em equilíbrio:

• A relação entre Kc e Kp pode ser facilmente deduzida:

• Por razões práticas, em geral omitem-se as unidades da constante de equilíbrio.• A constante de equilíbrio é escrita de acordo com a representação da reação. Apressão ou a concentração referem-se à situação de equilíbrio e não à inicial.• Preferencialmente, escreve-se a expressão da constante de equilíbrio com osmenores coeficientes inteiros que balanceiam a equação.

Dn: S(coeficientes dos produtos) – S (Coeficientes dos reagentes)

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Constante de Equilíbrio

• O equilíbrio é atingido não importando as concentrações ou pressões iniciais das espécies.

Apenas a temperatura altera

o valor da constante de

equilíbrio

Constante de Equilíbrio

Ordem de grandeza das constantes de equilíbrio• A constante de equilíbrio envolve a razão entre produtos e reagentes.• Conseqüentemente, quanto maior for K, mais produtos estarão presentes no

equilíbrio.• De modo inverso, quanto menor for K, mais reagentes estarão presentes no equilíbrio.• Se K >> 1, então os produtos predominam no equilíbrio.• Se K << 1, então os reagentes predominam no equilíbrio.

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Equilíbrios em Sistemas Heterogêneos

• Quando todos os reagentes e produtos estão em uma fase, o equilíbrio éhomogêneo.

• Se um ou mais reagentes ou produtos estão em uma fase diferente, o equilíbrio éheterogêneo.

• Considere:

– experimentalmente, a quantidade de CO2 não depende das quantidades de CaOe CaCO3. Por quê?

• A concentração de um sólido ou um líquido puro é sua densidade dividida pelamassa molar.

• Como densidade e massa molar não variam, as concentrações de sólidos e líquidospuros são constantes para uma dada temperatura.

• Na verdade, para sólidos e líquidos o importante é a superfície de contato.• Dessa forma, para escrever a expressão da constante de equilíbrio ignoramos os

sólidos e líquidos puros. Consideram-se apenas os gases e as substânciasdissolvidas em um meio.

ou

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ExemploEscreva as expressões de KC e KP (quando conveniente), para os seguintes equilíbrios:

a) 2 H2S(g) + 3 O2(g) 2 SO2(g) + 2 H2O(g)

b) NH4HS(s) NH3(g) + H2S(g)

c) CH3COOH(aq) + H2O(l) CH3COO-(aq) + H3O+

(aq)

d) MgCO3(s) MgO(s) + CO2(g)

Determinando o Sentido da Reação

• Define-se Q, o quociente da reação, para uma reação geral:

em que as concentrações não necessariamente estão no equilíbrio

• No equilíbrio: Q = K

• Se Q > K, então a reação inversa deve ocorrer para atingir o equilíbrio (ex.,produtos são consumidos, reagentes são formados, o numerador na expressãoda constante de equilíbrio diminui e Q diminui até se igualar a K).

• Se Q < K, então a reação direta deve ocorrer para atingir o equilíbrio.

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Determinando o Sentido da Reação

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Cálculo da Constante de Equilíbrio

O fosgênio, COCl2, é um gás venenoso que foi muito usado na PrimeiraGuerra Mundial. Um mol desse gás foi aquecido em um recipiente fechado a 27 °C,de um litro, ocorrendo a reação:

O sistema pode ser representado graficamente como se segue. Calcule Kc.

Cálculo da Constante de Equilíbrio

Quando 1 mol de amônia é aquecido a 500 K num sistema fechado de 1 L decapacidade, 50% do composto se dissocia, estabelecendo-se o equilíbrio. Calcule KC eKP. Dado: R = 0,082 atm L / mol K.

• Suponha o exemplo:

Início

Reagiu/FormouEquilíbrio

1 mol/L zero zero0,5 mol/L 0,25 mol/L 0,75 mol/L+ +-0,5 mol/L 0,25 mol/L 0,75 mol/L

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Cálculo da Constante de Equilíbrio• Suponha o exemplo:Em um experimento, a 300 K, introduziu-se 1,5 mol de N2O4 em um reator de 2,0litros. Estabelecido o equilíbrio, a concentração de NO2 foi de 0,060 mol/L. Calcule KC eKP. Dado: R = 0,082 atm L / mol K.

Início

Reagiu/formou

Equilíbrio

0,75 mol/L zero

0,06 mol/L+ 0,06 mol/L0,03 mol/L_

0,72 mol/L

Princípio de Le Chatelier

• Princípio de Le Chatelier: se um sistema em equilíbrio é perturbado, osistema se deslocará de tal forma que a perturbação seja atenuada euma nova situação de equilíbrio seja alcançada.

síntese da amônia

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Efeito da Concentração

ADIÇÃO DE SUBSTÂNCIA DESLOCA NO SENTIDO DE CONSUMO DA SUBSTÂNCIA

REMOÇÃO DE SUBSTÂNCIA DESLOCA NO SENTIDO DE PRODUÇÃO DA SUBSTÂNCIA

Como otimizar a síntese da amônia?

Efeito da PressãoELEVAÇÃO DA PRESSÃO(compressão isotérmica)

DESLOCA NO SENTIDO DE MENOR VOLUME(menor nº de mols de gases)

DIMINUIÇÃO DA PRESSÃO(descompressão isotérmica)

DESLOCA NO SENTIDO DE MAIOR VOLUME(maior nº de mols de gases)

IMPORTANTE: A adição de um gás inerte ao sistema não desloca o equilíbrio, pois aspressões parciais dos gases que participam da reação não se alteram.

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Efeito da Temperatura

ELEVAÇÃO DA TEMPERATURA

DESLOCA PARA O LADO ENDOTÉRMICO

REDUÇÃO DA TEMPERATURA DESLOCA PARA O LADO EXOTÉRMICO

DH = + 58 kJsentido exotérmico

sentido endotérmico

• A temperatura é o único fator que, além de deslocar o equilíbrio, modificatambém o valor da constante de equilíbrio.

Dependência da Constante de Equilíbrio com a Temperatura

Para um sistema em equilíbrio:

• Para duas temperaturas diferentes T1 e T2, vem:

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Dependência da Constante de Equilíbrio com a Temperatura

• Para pequenas variações de temperatura, DH° e DS° podem ser consideradosconstantes:

• Para reações diretas endotérmicas: T K• Para reações diretas exotérmicas: T K