equil_quim_1 -1

Prévia do material em texto

Equilíbrio Químico
*
*
Conceito de equilíbrio
	Um equilíbrio químico é a situação em que a proporção entre as quantidades de reagentes e produtos em uma reação química se mantém constante ao longo do tempo.
*
*
	Teoricamente, toda a reação química ocorre nos dois sentidos: 
	Reagentes  produtos e
	Produtos  reagentes
 
	Contudo, em certas reações, como a de combustão, virtualmente 100% dos reagentes são convertidos em produtos, e não se observa o contrário ocorrer (ou pelo menos não em escala mensurável); tais reações são chamadas de irreversíveis. 
*
*
	Há também uma série de reações nas quais logo que certa quantidade de produto(s) é formada, este(s) torna(m) a dar origem ao(s) reagente(s); essas reações possuem o nome de reversíveis. 
	O conceito de equilíbrio químico praticamente restringe-se às reações reversíveis.
*
*
*
*
Reversibilidade de reações químicas
Um exemplo de reação reversível é a da produção da amônia (NH3), a partir do gás hidrogênio (H2) e do gás nitrogênio (N2) — que faz parte do Processo de Haber:
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
Note-se que a seta dupla ( ) significa que a reação ocorre nos dois sentidos, e que o subscrito (g) indica que a substância se encontra na fase gasosa.
*
*
	Considere o N2O4 congelado e incolor. À temperatura ambiente, ele se decompõe em NO2 marrom:
N2O4(g)  2NO2(g).
	Em um determinado momento, a cor pára de se alterar e temos a mistura de N2O4 e NO2.
	Equilíbrio químico é o ponto em que as concentrações de todas as espécies são constantes.
*
*
Para um sistema qualquer representado por:
 A + B C + D
A rapidez varia a partir do inicio da reação até atingir a situação de equlibrio. O gráfico a seguir mostra essa variação.
V1
V2
*
*
*
*
Considerando-se as variações de reagentes e produtos, temos:
*
*
	Deve-se salientar que quando uma reação atinge o equilíbrio ela não para. Ela continua se processando, porém tanto a reação direta como a inversa ocorrem à mesma velocidade, e desse jeito a proporção entre os reagentes e os produtos não variam . 
	Por outras palavras, estamos na presença de um equilíbrio dinâmico.
*
*
	No equilíbrio, tanto de N2O4 reage para formar NO2 quanto de NO2 reage para formar outra vez N2O4:
	A seta dupla significa que o processo é dinâmico.
	Considere
Reação direta: A  B Velocidade = k[A]
Reação inversa: B  A Velocidade = k[B]
	No equilíbrio VA = VB = k[A] = k[B].
*
*
1.unknown
	Para um equilíbrio escrevemos:
	À medida que a reação progride
	[A] e [B] diminuem para uma constante,
	[C] e [D] aumentam de zero para uma constante.
	Quando [A], [B] e [C], [D] são constantes, o equilíbrio é alcançado.
	k[A] diminui para uma constante,
	k[B] aumenta de zero para uma constante.
	Quando k[A] = k[B], o equilíbrio é alcançado.
A + B C + D
*
*
Equilíbrio Homogêneo e Heterogêneo
	Quando todas as substâncias envolvidas no equilíbrio se encontram no mesmo estado físico diz-se que temos um equilíbrio homogêneo, que é o caso de todos os equilíbrios apresentados aqui até então. 
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
*
*
	Analogamente, os equilíbrios onde estão envolvidas mais de uma fase são chamados de equilíbrios heterogêneos, como o seguinte:
		Ni(s) + 4CO(g) Ni(CO)4(g)
Note-se que o subscrito (s) significa que a espécie se encontra no estado sólido. Equilíbrios heterogêneos, como este, frequentemente apresentam ao menos um sólido ou um líquido.
*
*
Considere o gráfico abaixo:
	Qual variável o eixo das ordenadas representa, considerando-se que o sistema atinge o equilibrio a partir de determinado tempo? Justifique.
	Indique no gráfico, o momento em que a reação entra em equlíbrio.
	Escreva uma equação genérica que possa ser representada pelo gráfico, identificando os reagentes e os produtos pelas respectivas cores das curvas.
*
*
Quando uma reação química exotérmica atinge o equilíbrio, são válidas todas as afirmativas abaixo, exceto: 
 
a) As velocidades da reação nos sentidos direto e inverso se igualam. 
b) A energia de ativação é a mesma nos sentidos direto e inverso. 
c) A reação ocorre com liberação de calor. 
d) As concentrações de reagentes e produtos permanecem inalteradas. 
e) A reação inversa é endotérmica
*
*
Represente, por meio de gráfico, a rapidez da reação direta e da reação inversa até atingir o estado de equilíbrio para a reação:
2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g)
↔
*
*
(v1 e v2 são as velocidades das reações direta e inversa) 
Quando se estabelece o equilíbrio químico é possível afirmar que: 
a) [N2] = [H2]. 
b) [NH3] = constante. 
c) [N2] = [NH3]. 
d) v2 > v1. 
e) v1 > v2 . 
Considere a reação entre nitrogênio e hidrogênio: 
*
*
Constantes de equilíbrio
	As constantes de equilíbrio, representadas por K, são determinadas a partir de dados experimentais . Por conta da análise de uma grande quantidade de dados, chegou-se a uma expressão genérica para todos os equilíbrios:
K = [produtos]/[reagentes]
*
*
Constantes de equilíbrio (Kc)
	As constantes de equilíbrio determinadas com base nas concentrações em mol/L, são representadas por Kc.
*
*
*
*
Portanto,
Onde:
*
*
*
*
*
*
*
*
	Para uma reação geral
	a expressão dA constante de equilíbrio para tudo em solução é 
	onde Keq é A constante de equilíbrio.
A constante de equilíbrio
*
*
2.unknown
Escreva a expressão da constante de equilíbrio para as equações abaixos:
	2NO (g) + Cl2 (g) ↔ 2NOCl (g)
	Fe(s) + Cu2+ (aq) ↔ Fe2+ (aq) + Cu (s)
	CO2 (g) + Ca(OH)2 (aq) ↔ CaCO3 (s) + H2O (l)
*
 
*
	Para os gases, também se pode escrever a expressão da lei de equilíbrio químico, K, em termos de pressões parciais. Para o equilíbrio:
Constantes de equilíbrio e pressões parciais (Kp)
*
*
Para expressar a lei de equilíbrio em termos das pressões parciais, basta que apenas uma das espécies do equilíbrio esteja no estado gasoso.
Escreva a expressão da constante de equlíbrio Kp para as seguintes reações:
	H2 (g) + I2 (g) ↔ 2HI (g)
	CaCO3 (s) ↔ CaO (s) + CO2 (g)
*
*
Ordem de grandeza das constantes de equilíbrio
	A constante de equilíbrio, K, é 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.
A constante de equilíbrio
*
*
Ordem de grandeza das constantes de equilíbrio
	Se K >> 1, então os produtos predominam no equilíbrio e o equilíbrio encontra-se à direita.
	Se K << 1, então os reagentes predominam no equilíbrio e o equilíbrio encontra-se à esquerda.
A constante de equilíbrio
*
*
O sentido da equação química e Keq
	Um equilíbrio pode ser abordado a partir de qualquer sentido.
	Sentido direto:
	temos:
A constante de equilíbrio
*
*
4.unknown
O sentido da equação química e Keq
	No sentido inverso:
A constante de equilíbrio
*
*
7.unknown
Outras maneiras de manipular as
equações químicas e os valores de Keq
	A reação
tem
o qual é o quadrado da constante de equilíbrio para
A constante de equilíbrio
*
*
8.unknown
10.unknown
Outras maneiras de se trabalhar as equações químicas e os valores de Keq
	A constante de equilíbrio para o sentido inverso é o inverso daquela para o sentido direto.
 N2O4 (g)  2NO2(g)
Direto: Kc = (PNO2 )2/ (PN2O4)= 6,46 (a 100oC) 
Inverso: Kc= (PN2O4 )/(PNO2 )2= 1/6,46 = 0,155 (a 100oC)
A constante de equilíbrio
*
*
	Quando uma reação é multiplicada por um número, a constante de equilíbrio é elevada àquela potência.
		 
			N2O4 (g)  2NO2(g)
 Kc = (PNO2 )2/ (PN2O4)= 6,46 (a 100oC)
 			
		 2N2O4 (g)  4NO2(g)
	 Kc = (PNO2 )4/ (PN2O4)2= (6,46)2 = 41,7 (a 100oC)
*
*
Constante para a soma dereações
	Se uma reação química pode ser expressa pela soma de duas ou mais reações (ou etapas individuais), então:
Kc da reação global será a multiplicação das constantes de cada uma das reações individuais.
*
*
*
*
*
*
*
Em determinadas condições de T e P, existe 0,5 mol/L de N2O4 em equilíbrio com 2 mol/L de NO2, segundo a equação: N2O4 (g)  2NO2 (g). Qual o valor da constante (Kc ) desse equilíbrio nessas condições e indique o sentido da reação.
*
N
2
O
4
(
g
)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2
N
O
2
(
g
)
a
A
 
 
+
 
 
b
B
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
c
C
 
 
+
 
 
d
D
[
]
[
]
[
]
[
]
b
a
d
c
eq
K
B
A
D
C
=
46
.
6
4
2
2
O
N
2
NO
=
=
P
P
K
eq
46
.
6
1
155
.
0
2
NO
O
N
2
4
2
=
=
=
P
P
K
eq
2
N
O
2
(
g
)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
N
2
O
4
(
g
)
2
N
2
O
4
(
g
)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4
N
O
2
(
g
)
2
O
N
4
NO
4
2
2
P
P
K
eq
=