Prévia do material em texto

Introdução ao
 
Equilíbrio Químico
Prof. Roger Gonçalves (rgoncalves@ufscar.br)
Retomando...
Entalpia (H): medida de energia térmica de uma reação
Entropia (S): medida da desordem no sistema
Energia Livre de Gibbs (G): é uma grandeza termodinâmica que prevê com mais certeza a espontaneidade de uma reação química.
2
ΔG = ΔH −TΔS
Energia livre de Gibbs
Quando os valores de ΔH e ΔS assumem o mesmo sentido (positivo ou negativo) a 
Energia livre de Gibbs (ΔG) vai definir o sentido da reação química, desde que ocorra a uma temperatura constante.
3
ΔG = ΔH −TΔS
aA + bB cC + dD
1) ΔG 0  a reação é desfavorecida.
aA + bB cC + dD
O conceito Energia livre de Gibbs (ΔG) permitirá correlacionar a constante de equilíbrio (k) com o balanço energético (ΔH e ΔS) da reação.
O que é equilíbrio químico
O equilíbrio químico é um fenômeno que acontece nas reações químicas reversíveis entre reagentes e produtos.
Quando uma reação é direta, está transformando reagentes em produtos. Já quando ela ocorre de maneira inversa, os produtos estão transformando-se em reagentes.
O equilíbrio químico é medido por duas grandezas: a constante de equilíbrio e o grau de equilíbrio.
4
Condições para o equilíbrio químico
Para ocorrer um equilíbrio químico é necessário que:
a temperatura seja constante
o sistema não tenha trocas com o ambiente
Quando um ponto de equilíbrio é atingido nas reações reversíveis:
a velocidade das reações direta e inversa iguais.
a concentração constante das substâncias presentes na reação.
Ele pode ser alterado quando ocorre mudanças de: concentração, temperatura, pressão e uso de catalisadores.
5
Reação reversível
Em uma reação reversível ela pode ocorrer nos dois sentidos (representado por ⇋):
Assim, nas reações diretas os reagentes formam produtos 
(reagentes → produtos). Já nas reações inversas, os produtos formam reagentes (produtos → reagentes).
6
Gráficos de Equilíbrio Químico
O equilíbrio é observado graficamente quando as linhas do gráfico se tornam horizontais, tanto para velocidade quanto para a concentração.
7
Constante de Equilíbrio
A constante de equilíbrio (k) é uma grandeza que caracteriza o equilíbrio químico levando em consideração os aspectos cinéticos das reações químicas e as soluções em equilíbrio dinâmico.
Lembre-se que: no equilíbrio químico, as taxas de reação direta e inversa devem ser iguais.
O valor de k varia conforme a temperatura.
8
Constante de Equilíbrio
Dada a reação genérica:
9
A constante de equilíbrio é dada por:
Sendo que:
[X] é a concentração de X em mol/L
a, b, c e d são os coeficientes estequiométricos
Exemplo
Atribuindo valores:
[N2] = 0,20 mol/L
[H2] = 0,20 mol/L
[NH3] = 0,60 mol/L
10
Outros exemplos:
11
Componentes: sólido e gás
Componentes: líquido e gás
Componentes: solução aquosa e gás
Observe que quando na reação tivermos algum componente no estado sólido ou um líquido puro, como a água, as concentrações dessas substâncias não participam do cálculo da constante e são substituídas pelo número 1.
Detalhe importante:
12
E quando o sistema apresenta reações consecutivas?
13
Constante de equilíbrio em função das pressões parciais
Quando as reações envolvem gases, é mais comum usar a pressão parcial ao invés da concentração, assim, duas situações podem ocorrer:
14
1. Equilíbrio homogêneo: todos os componentes são gases
2. Equilíbrio heterogêneo: componentes em mais de uma fase
Relação entre kc e kp
kp é a constante de equilíbrio em função das pressões parciais
kc é a constante de equilíbrio em função das concentrações
R é a constante dos gases e utilizamos 0,082 , quando a pressão parcial é expressa em atm
T é a temperatura em Kelvin (°C + 273)
Δn é a variação do número de mols (mols dos produtos - mols dos reagentes) e apenas leva em consideração os coeficientes das substâncias no estado gasoso.
15
ou
Exemplo
16
Sendo, para este equilíbrio: T = 300 K e kc = 225
Grau de Equilíbrio
O grau de equilíbrio (α) corresponde ao rendimento de uma reação química por meio da relação entre o reagente e a quantidade de mols desse reagente.
Dessa forma, o grau de equilíbrio indica a porcentagem em mols de uma substância até atingir o equilíbrio químico.
Note que quanto maior for o grau de equilíbrio, maior a chance da reação atingir o equilíbrio.
17
%
.100
Exemplo
Dada a equação química: A + B ⇋ C
Supondo que a reação inicia com 100 mols de A. Se, ao chegarmos ao equilíbrio, ainda houver 20 mols de A sem reagir, qual o grau de equilíbrio ele relação ao reagente A?
Resolução: Como no equilíbrio ainda há 20 mols de A, significa que a quantidade que reagiu foi de 80 mols. Aplicando na fórmula de grau de equilíbrio, temos:
Assim, quanto maior o valor de α, maior é o caminho percorrido pela reação até chegar o equilíbrio.
18
0%
Relação entre ΔG e k
19
Correlação entre ΔG e a constante de equilíbrio (k).
R = Constante dos gases (8,31 J/K mol)
T = Temperatura
k = e
−ΔG0 /RT
ln k = 
- ΔG0 
RT
Se o valor de k > 1 a reação é exotérmica e favorece a formação dos produtos.
Se o valor de kinversa,  diminui o tempo necessário para que o equilíbrio químico seja atingido, 
mas não altera a concentração das substâncias.
29
Desafio
Um equilíbrio envolvido na formação da chuva ácida está representado pela equação:
2 SO2(g) + O2 (g) → 2 SO3 (g)
Em um recipiente de 1 litro, foram misturados 6 mols de dióxido de enxofre e 5 mols de oxigênio. Depois de algum tempo, o sistema atingiu o equilíbrio; o número de mols de trióxido de enxofre medido foi 4. 
Calcule kc para esse equilíbrio e o kp em T= 25°C.
30
image1.png
image2.png
image3.jpeg
image4.png
image5.png
image6.png
image7.png
image8.png
image9.png
image10.png
image11.png
image12.png
image13.png
image14.png
image15.png
image16.png
image17.png
image18.png
image19.png
image20.png
image21.png
image22.png
image23.png
image24.png
image25.png
image26.png
image27.png
image28.png
image29.png
image30.png
image31.png
image32.png
image33.png
image34.png
image35.png
image36.png
image37.png
image38.png
image39.png
image40.png
image41.png
image42.png
image43.png
image44.png
image45.png
image46.png
image47.png
image48.png
image49.png
image50.png
image38.gif
image52.png
image39.jpeg
image40.jpeg