O_estado_de_Equilibrio2

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O Estado de Equilíbrio O Estado de Equilíbrio 
para Reações Químicaspara Reações Químicas
1
Prof. Alexandre Fonseca
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Princípio de Le Châtelier
“Quando sistemas em equilíbrio são submetidos a 
qualquer perturbação exterior, o equilíbrio desloca-se 
no sentido de MINIMIZAR esta perturbação”
2
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Observando o caso:
Princípio de Le Châtelier – Efeito da Concentração
N2(g) + 3H2(g) ∏∏∏∏ 2NH3(g)
� Imaginar que certa quantidade de N2 e de H2 foram colocadas em um
recipiente e que, após certo tempo, atingiu-se o equilíbrio.
� Com o sistema no estado de EQUILÍBRIO, adiciona-se uma nova
quantidade de N2
3
Como o sistema responde à esta perturbação?
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Princípio de Le Châtelier – Efeito da Concentração
Com a adição de mais N2, 
o sistema responde de 
forma a minimizar esta 
perturbação. Ou seja, o 
N2 deverá ser consumido 
N2(g) + 3H2(g) ∏∏∏∏ 2NH3(g) 
N2 deverá ser consumido 
para se obter uma nova 
posição de equilíbrio. 
Conseqüentemente, mais 
H2 é consumido e mais 
NH3 deve ser formado. 
Há um favorecimento 
para ocorrência da 
reação direta
[H2]
4
Observe que apenas parte 
do N2 adicionado foi 
consumido e que as 
concentrações do novo 
equilíbrio são diferentes 
das “anteriores”
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Princípio de Le Châtelier – Efeito da Concentração
Pensando em termos de “Q” e de “K”.
N2(g) + 3H2(g) ∏∏∏∏ 2NH3(g) 
K
HN
NHQ =
×
= 3
22
2
3
][][
][
No equilíbrio:
Com a adição de N2: KQ <
Aumento de [N2] diminui Q
Para que “Q” seja igual a “K” novamente, o 
sistema deve produzir mais amônia (NH3)
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Princípio de Le Châtelier – Efeito da Concentração
N2(g) + 3H2(g) ∏∏∏∏ 2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) ∏∏∏∏ 2NH3(g) 
E se depois de atingido o equilíbrio, adicionássemos mais NH3
ao reator, o que aconteceria?
6
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Princípio de Le Châtelier – Efeito da Concentração
N2(g) + 3H2(g) ∏∏∏∏ 2NH3(g) 
[H2]
[N2]
[NH ]
C
o
n
c
e
n
t
r
a
ç
ã
o
/
m
o
l
 
L
-
1
O que acontece 
em 10, 20 e 30 
minutos?
7
Tempo/min
[NH3]
C
o
n
c
e
n
t
r
a
ç
ã
o
/
m
o
l
 
L
10 20 30
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Princípio de Le Châtelier – Efeito da Concentração
[H2]
[N2]
C
o
n
c
e
n
t
r
a
ç
ã
o
/
m
o
l
 
L
-
1
8Tempo/min
[NH3]
C
o
n
c
e
n
t
r
a
ç
ã
o
/
m
o
l
 
L
10 20 30
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Princípio de Le Châtelier – Efeito do Volume e Pressão
Considerando o mesmo exemplo, o que deve ocorrer, se diminuirmos o
volume do recipiente sem alterar as quantidades dos três gases contidos
nele e sem alterar a temperatura?
� As concentrações dos três gases irão aumentar
� A pressão total do sistema irá aumentar
� A reação de formação da amônia (NH3) será favorecida
Por que?
Para formar 2 moléculas 
9
N2(g) + 3H2(g) ∏∏∏∏ 2NH3(g) 
4 espécies gasosas
Maior pressão
2 espécies gasosas
Menor pressão
Para formar 2 moléculas 
de amônia são consumidas 
4 moléculas de reagentes 
(1 de N2 e 3 de H2)
Com menos moléculas há 
a minimização do aumento 
de pressão
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Princípio de Le Châtelier – Efeito do Volume e Pressão
N2(g) + 3H2(g) ∏∏∏∏ 2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) ∏∏∏∏ 2NH3(g) 
E se depois de atingido o equilíbrio, aumentássemos o volume do 
reator, o que aconteceria?
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O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Princípio de Le Châtelier – Efeito da Pressão e Volume
Considere agora o exemplo
2HI(g) ∏ ∏ ∏ ∏ H2(g) + I2(g) 
� Se diminuirmos o volume do recipiente sem alterar as quantidades dos
três gases contidos nele e sem alterar a temperatura haverá uma
resposta do sistema minimizar os efeitos desta perturbação?
2HI(g) ∏ ∏ ∏ ∏ H2(g) + I2(g) 
NÃO
NESTE CASO, não existe mecanismo para minimizar o efeito do aumento 
11
NESTE CASO, não existe mecanismo para minimizar o efeito do aumento 
da pressão
2 moléculas de reagentes são consumidas para formar 2 moléculas de 
produtos e vice-versa (não há diminuição do número de moléculas ao 
favorecer a reação direta ou inversa)
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Princípio de Le Châtelier – Efeito da temperatura
� Considerando novamente o seguinte sistema em equilíbrio
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 
� Sabendo que a reação direta é exotérmica
N2(g) + 3H2(g) →→→→ 2NH3(g) ∆H = -92,2 kJ 
(∆∆∆∆H < 0, reação exotérmica, calor é liberado)
� E que a reação inversa é endotérmica
2NH (g) →→→→ N (g) + 3H (g) H = +92,2 kJ 
12
2NH3(g) →→→→ N2(g) + 3H2(g) ∆H = +92,2 kJ 
(∆∆∆∆H > 0, reação endotérmica, calor é absorvido)
� O que deve ocorrer quando aumentamos a temperatura, mantendo constantes o 
volume e a pressão do sistema?
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Princípio de Le Châtelier – Efeito da temperatura
� A reação que absorve calor, portanto a reação endotérmica, é favorecida
Com o aumento da temperatura do sistema . . .
� A reação que absorve calor, portanto a reação endotérmica, é favorecida
2NH3(g) →→→→ N2(g) + 3H2(g)
Esta reação (inversa) é favorecida pois consome parte do calor recebido causando 
um aumento menor da temperatura do sistema
E se a temperatura for diminuída?
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O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Princípio de Le Châtelier – Efeito de um catalisador
“Substância que aumenta a velocidade de uma 
reação química sem que seja consumida no processo”
� Com a adição de um catalisador, não haverá alteração do estado de equilíbrio.
� O catalisador age apenas aumentando a velocidade que se atinge o equilíbrio.
� As reações direta e inversa ocorrerão de maneira mais rápida.
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O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Cálculos de Equilíbrio
Para os exemplos a seguir será considerado o equilíbrio de dissociação do
HI representado por
2HI(g) ∏∏∏∏ H2(g) + I2(g)
Exercício 1: HI, H2 e I2 foram todos colocados num recipiente a
458oC. No equilíbrio, [HI]=0,360 mol L-1 e [I2]=0,150 mol L-1. Qual a
concentração de H no equilíbrio nesta temperatura sabendo que Kc,concentração de H2 no equilíbrio nesta temperatura sabendo que Kc,
nestas condições, é igual a 2,06 x 10-2?
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Cálculos de Equilíbrio
2
22
][
]][[
HI
IHKc =
Resolução:
No equilíbrio, sabemos que...
][HI
222 )360,0)(1006,2(][ −×
Dica: Isole o termo que 
deseja calcular e só depois 
faça a substituição pelos 
valores
16
12
22
2
2
2 1078,1150,0
)360,0)(1006,2(
][
][][ −−
−
×=
×
== Lmol
I
HIKcH
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Cálculos de Equilíbrio
Exercício 2: Em uma experiência, 1,00 mol de HI é colocado em um
recipiente de 5,00 L a 458oC. Quais as concentrações de HI, H2 e
I2 depois de estabelecido o equilíbrio nesta temperatura?
Lembrando que Kc, nestas condições, é igual a 2,06 x 10-2.
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O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Cálculos de Equilíbrio
Resolução: 
Primeiro: A grande maioria dos problemas de Equilíbrio envolve o uso de Primeiro: A grande maioria dos problemas de Equilíbrio envolve o uso de 
concentrações em mol L-1. Então, temos que calcular a concentração 
inicial de HI, antes de resolver o problema
1200,000,1 −= Lmolmol
Número de mols da espécie
18
1200,0
00,5
−
= Lmol
L
Volume da solução
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Cálculos de Equilíbrio
Agora, de posse da equação devidamente balanceada, devemos
organizar os dados em uma tabela:
2HI(g) ∏∏∏∏ H2(g) + I2(g)
[HI] [H2] [I2]
Início 0,200 0 0
Reage ou -2x +x +x
Concentrações em 
t = 0
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Reage ou 
Forma -2x +x +x
Equilíbrio 0,200-2x x x
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Cálculos de Equilíbrio
2
22
][
]][[
HI
IHKc = 2
2
)2200,0(
))((1006,2
x
xx
−
=× − 2
2
2
)2200,0(
)(1006,2
x
x
−
=× −
2][HI 2)2200,0( x− )2200,0( x−
2
2
2200,0
1006,2 





−
=× −x
x






−
=× −
x
x
2200,0
1006,2 2
20
x
x
2200,0
1044,1 1
−
=× − 0)1088,2()1087,2( 12 =−×−× −− xx
21024,2 −×=x
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Exercício 3
A decomposição do pentacloreto de fósforo pode ser equacionada por:
)(2)(35 gg(g) ClPClPCl +∏ )(2)(35 gg(g) ClPClPCl +∏
Calcule a concentração de todas as espécies no equilíbrio a 2500C sabendo que 
31,2 g de PCl5 foram adicionados em um recipiente vazio de 500 mL.
Dados: Kc (2500C) = 1,80
MM (PCl5) = 208,22 g mol-1
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O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Exercício 3
Resolução:
Encontrando o número de mols de PCl5 no frasco
medidamassa 2,31 g
molarmassa
medidamassaNmols = 122,208
2,31
−
=
molg
gNmols
Encontrando a concentração inicial (mol/L) no frasco
molNmols 150,0=
22
11 30,0
5,0
150,0
)()(
−−
=== Lmol
L
mol
LVolume
NLmolãoconcentraç mols
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Exercício 3
Resolução:
Organizando os dados em uma tabela:
∏ )(2)(35 gg(g) ClPClPCl +∏
[PCl5] [PCl3] [Cl2]
Início 0,300 0 0
Reage ou 
Forma -x +x +x
23
Forma
Equilíbrio 0,300-x x x
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Exercício 3
Resolução:
Escrevendo a expressão da constante de Equilíbrio
∏ )(2)(35 gg(g) ClPClPCl +∏
][
][][
5
23
PCl
ClPClK ×=
Substituição com os dados de equilíbrio
2
24
80,1
300,0
2
=
−
=
x
xK
rearranjo
0540,080,12 =−+ xx
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Exercício 3
Resolução:
Utilizando “Báskara”
02 =++ cbxax
a
acbb
x
2
42 −±−
=
0540,080,12 =−+ xx
a2
06,2262,0)540,0)(1(4)80,1(80,1
2
−=
−−±−
= oux 06,2262,0
2
)540,0)(1(4)80,1(80,1
−=
−−±−
= oux
Concentração negativa
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Exercício 3
Resolução:
Voltando à tabela...
[PCl5] [PCl3] [Cl2]
Início 0,300 0 0
Reage ou 
Forma -x +x +x
Equilíbrio 0,300-x x x
0,262 mol L-1
1038,0262,0300,0 −=− molL
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Exercício 3
Resolução:
Tirando a prova . . . Substitua os valores de concentração encontrados na expressão
][
][][
5
23
PCl
ClPClK ×=
KK ==×= 8,1262,0262,0' KK ==×= 8,1
038,0
262,0262,0
'
O problema foi resolvido 
corretamente pois encontrou-se 
o mesmo valor para a constante
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Exercício 3’
Calcule as novas concentrações de equilíbrio se adicionarmos mais 0,10 mol de 
Cl2 ao sistema em equilíbrio do exercício 3
)(2)(35 gg(g) ClPClPCl +∏
Resolução:
O que deve acontecer?
A adição de mais Cl2 tornará Q>K → “mais produtos que reagentes”
Então . . . Em relação ao equilíbrio anterior devemos esperar . . . 
↑[PCl5] ↓[PCl3] ↑[Cl2] Devido à adição do excesso
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Exercício 3’
Resolução:
Devemos considerar que o sistema enfrenta uma nova condição inicial,
na qual as concentrações serão aquelas do equilíbrio antigo
)(2)(35 gg(g) ClPClPCl +∏
na qual as concentrações serão aquelas do equilíbrio antigo
adicionadas da concentração excedente
No equilíbrio anterior 0,038 0,262 0,262
Conc. Em mol L-1
L
mol
5,0
100,0
adicionado
O que foi adicionado
Nova condição inicial
0,000 0,000 0,200
0,038 0,262 0,462
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Exercício 3’
Resolução:
Montando a tabela com a nova condição inicial
[PCl5] [PCl3] [Cl2]
Início 0,038 0,262 0,462
Reage ou 
Forma +x -x -x
Equilíbrio 0,038+x 0,262-x 0,462-x
Por que (-) ?
Pois sabemos que haverá uma tendência do sistema 
consumir o que foi adicionado (Q>K) – Le Chatelier
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Exercício 3’
Resolução:
Aplicando os valores na expressão de equilíbrio:
80,1
038,0
724,0121,0
038,0
)462,0()262,0( 2
=
+
+−
=
+
−×−
=
x
xx
x
xxK
0053,052,22 =+− xx
021,0''5,2' == xx
Concentração negativa para PCl3
05,2262,0 <−
O Estado de EquilíbrioO Estado de Equilíbrio
Exercício 3’
Resolução:
Recalculando a partir da tabela
[PCl5] [PCl3] [Cl2]
Início 0,038 0,262 0,462
Reage ou 
Forma +0,021 -0,021 -0,021
Equilíbrio 0,059 0,241 0,441Equilíbrio 0,059 0,241 0,441