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Química Geral e Experimental II Deise Zamboni Schaffer Marcolina Aparecida Eugênio Silva Adaptada por Deise Zamboni Schaffer (setembro/2012) É com satisfação que a Unisa Digital oferece a você, aluno(a), esta apostila de Química Geral e Expe- rimental II, parte integrante de um conjunto de materiais de pesquisa voltado ao aprendizado dinâmi- co e autônomo que a educação a distância exige. O principal objetivo desta apostila é propiciar aos(às) alunos(as) uma apresentação do conteúdo básico da disciplina. A Unisa Digital oferece outras formas de solidificar seu aprendizado, por meio de recursos multidis- ciplinares, como chats, fóruns, aulas web, material de apoio e e-mail. Para enriquecer o seu aprendizado, você ainda pode contar com a Biblioteca Virtual: www.unisa.br, a Biblioteca Central da Unisa, juntamente às bibliotecas setoriais, que fornecem acervo digital e impresso, bem como acesso a redes de informação e documentação. Nesse contexto, os recursos disponíveis e necessários para apoiá-lo(a) no seu estudo são o suple- mento que a Unisa Digital oferece, tornando seu aprendizado eficiente e prazeroso, concorrendo para uma formação completa, na qual o conteúdo aprendido influencia sua vida profissional e pessoal. A Unisa Digital é assim para você: Universidade a qualquer hora e em qualquer lugar! Unisa Digital APRESENTAÇÃO SUMÁRIO INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................... 5 1 SOLUÇÕES .................................................................................................................................................. 7 1.1 Descrição e Classificação ..............................................................................................................................................7 1.2 Estudo das Soluções .......................................................................................................................................................9 1.3 Estudo da Solubilidade ..........................................................................................................................................10 1.4 Propriedades Coligativas das Soluções ...............................................................................................................17 1.5 Resumo do Capítulo ....................................................................................................................................................23 1.6 Atividades Propostas ...................................................................................................................................................24 2 ESTUDO DAS REAÇÕES QUÍMICAS ........................................................................................ 27 2.1 Características das Reações Químicas ..................................................................................................................27 2.2 Tipos de Reações Químicas .......................................................................................................................................29 2.3 Indícios de Ocorrência de uma Reação ................................................................................................................34 2.4 Resumo do Capítulo ....................................................................................................................................................38 2.5 Atividades Propostas ...................................................................................................................................................39 3 CINÉTICA E EQUILÍBRIO QUÍMICO .......................................................................................... 41 3.1 Cinética Química ...........................................................................................................................................................41 3.2 Equilíbrio Químico .......................................................................................................................................................48 3.3 Resumo do Capítulo ....................................................................................................................................................53 3.4 Atividades Propostas ...................................................................................................................................................54 4 ÁCIDOS E BASES .................................................................................................................................. 57 4.1 Conceitos de Ácidos e Bases ....................................................................................................................................57 4.2 A Força de Ácidos e Bases .........................................................................................................................................61 4.3 Produto Hidrogeniônico (pH) ..................................................................................................................................66 4.4 Resumo do Capítulo ....................................................................................................................................................68 4.5 Atividades Propostas ...................................................................................................................................................68 RESPOSTAS COMENTADAS DAS ATIVIDADES PROPOSTAS ..................................... 71 REFERÊNCIAS ............................................................................................................................................. 79 Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 5 INTRODUÇÃO Prezado(a) aluno(a), Na Química Geral e Experimental I, aprofundamos os conceitos científicos sobre a estrutura da ma- téria, os átomos e suas ligações. Na Química Geral e Experimental II, iremos desenvolver os conhecimen- tos de Química na prática das reações que ocorrem na natureza e na indústria. Teremos quatro capítulos teóricos e um capítulo de resolução das atividades. Os capítulos teóricos compreendem: O estudo das Soluções e suas características; Reações Químicas e suas classificações; Cinética e Equilíbrio Químico, em que veremos a rapidez das reações e sua reversibilidade; Funções Inorgânicas principais, como ácidos e bases, e o comportamento dessas substâncias frente às reações químicas. Esperamos que você aproveite bem esta disciplina e que ela possa contribuir para a sua formação como Engenheiro. Abraços das autoras, Deise e Marcolina Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 7 SOLUÇÕES1 O sistema constituído de uma mistura de substâncias em que uma delas distribui-se no interior de outra sob a forma de pequenas partículas é chamado dispersão. Assim, denomina-se dispersa a substân- cia envolvida por outra e dispergente, aquela que envolve. Toda dispersão é formada por pelo menos um disperso e um dispergente. A classificação das dispersões pode ser feita de acordo com o tamanho da partícula do disperso, ou seja, dispersões que apresentam partículas dispersas com diâmetro até 1 nm são chamadas soluções verdadeiras; dispersões coloidais têm partículas entre 1 e 100 nm; e, quando as partículas são maiores do que 100 nm, as dispersões são denominadas suspensões. 0 nm 1 nm 100 nm ß-----------------------------àß-------------------------------àß---------------à soluções verdadeiras | dispersões coloidais | suspensões nm = nanômetro (1 nm = 10-9 m). O aspecto observado da dispersão também será diferente dependendo do tamanho das partículas dispersas. Pode ser um material homogêneo (formado de uma única fase), quando apresentar aspecto uniformeem toda a sua extensão, ou heterogêneo (formado por mais de uma fase), quando essa caracte- rística não for observada. Todavia, a percepção da uniformidade dos materiais dependerá do instrumen- to óptico a ser utilizado. Assim, um material homogêneo, a olho nu, pode ser considerado heterogêneo se for observado, por exemplo, em um microscópio. A suspensão apresenta partículas dispersas com diâmetro médio superior a 100 nm, permitindo a visualização das partículas a olho nu ou por meio de microscópio óptico. Desse modo, constitui um ma- terial heterogêneo e o disperso sedimenta-se espontaneamente ou por centrifugação e pode ser sepa- rado utilizando filtros comuns. Exemplos: areia dispersa em água e alguns medicamentos em que, após a agitação, ocorre fácil dispersão da fase sólida na líquida, porém sua sedimentação acontece de forma lenta. As dispersões coloidais apresentam partículas dispersas bem definidas quimicamente, com diâme- tro médio inferior a 100 e superior a 1 nm, são visualizadas somente com ultramicroscópio, depositam-se sob a ação de uma centrífuga e só podem ter seus componentes separados com o uso de ultrafiltros (po- ros de diâmetro muito menor do que o de filtros comuns). Exemplos: a espuma é constituída de bolhas de gás espalhadas em um líquido; nuvem e neblina nada mais são do que gotículas de água espalhadas no ar atmosférico (gás); gelatina preparada (proteína dispersa em água) etc. 1.1 Descrição e Classificação Deise Zamboni Schaffer e Marcolina Aparecida Eugênio Silva Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 8 A fumaça é um bom exemplo de dispersão que pode ser classificado dependendo do tamanho de suas partículas dispersas no ar, isto é, pode ser uma dispersão coloidal (disperso com diâmetro até 100 nm) ou uma suspensão (disperso com diâmetro acima de 100 nm). As soluções, por possuírem partículas com diâmetro menor do que 1 nm, são sempre materiais ho- mogêneos quando observadas com ou sem microscópios. Seus componentes não podem ser separados por nenhum filtro e as partículas do disperso não se sedimentam. Em uma solução, existe sempre, pelo menos, uma substância dispersa (dissolvida) em outra. A substância que está dispersa é chamada soluto. Aquela que dispersa ou dissolve as outras é chamada solvente. No caso de uma solução aquosa de clore- to de sódio, o sal é o soluto e a água é o solvente. A diferenciação de dispersões coloidais de soluções, quando não há à disposição equipamentos ópticos, pode ser feita por meio da observação de um fenômeno luminoso denominado efeito Tyndall. Em dispersões coloidais, é possível perceber o trajeto da luz, pois existem partículas muito pequenas para serem vistas a olho nu, mas grandes o bastante para dispersar os raios luminosos. O que não acon- tece em soluções, já que o feixe luminoso atravessa o meio sem se dispersar. Esse efeito pode ser observado na Figura 1, sendo o sistema da direita (vermelho) uma dispersão coloidal e, portanto, refletindo o feixe luminoso, o que não acontece no sistema da esquerda (amarelo), uma solução. Figura 1 – Sistema 1. Fonte: http://www.colegioweb.com.br/quimica/propriedades-dos-coloides. Observe os exemplos de misturas apresentados nas figuras que representam os sistemas 2, 3 e 4, a seguir: Figura 2 – Sistema 2. Fonte: http://www.eb1-setubal-n17-amoreiras.rcts.pt/notasoltas/exper1a/experiencias.htm. Química Geral e Experimental II Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 9 Figura 3 – Sistema 3. Fonte: http://margensdapoesia.blogspot.com/2008_10_26_archive.html. Figura 4 – Sistema 4. Fonte: http://www.infopedia.pt/mostra_recurso.jsp?recid=1110. O sistema da Figura 2 é uma dispersão de um sólido (areia) em água. Nesse caso, cada componente constitui uma fase do sistema e cada fase pode ser visualizada a olho nu. As fases sólida e líquida podem ser separadas por filtração comum. No sistema da Figura 3, há partículas muito pequenas de poeira e gotículas de água no ar (neblina). Nesse tipo de dispersão, o disperso (gotículas de água ou poeira) é formado por partículas de um diâmetro um pouco maior em relação às soluções e reflete a luz que incide nele. O sistema da Figura 4 é uma solução aquosa de sulfato cúprico. As partículas do disperso (soluto) – sulfato cúprico – não podem ser visualizadas. O sistema representado na Figura 2 é classificado como suspensão ou mistura heterogênea; o re- presentado na Figura 3, como dispersão coloidal; e o da Figura 4, como mistura homogênea. 1.2 Estudo das Soluções Das dispersões, as soluções compreendem o grupo mais importante e, por apresentarem as me- nores partículas dispersas – íons e/ou moléculas com diâmetro médio inferior a 1 nm –, são invisíveis a qualquer instrumento de pesquisa. Exemplos: açúcar dissolvido em água, qualquer mistura de gases e ouro 18 K (solução sólida de átomos de ouro e cobre). Deise Zamboni Schaffer e Marcolina Aparecida Eugênio Silva Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 10 A solução é uma mistura homogênea constituída de soluto e solvente. Geralmente, é o solvente a substância que se apresenta em maior proporção na mistura e condiciona o estado de agregação da solução. A quantidade de soluto que uma quantidade fixa de solvente consegue dissolver depende da natureza do soluto e do solvente, da temperatura da solução e, em alguns casos, da pressão em que a mistura foi feita. Em soluções contendo água, esta é considerada o solvente. AtençãoAtenção SOLUÇÃO = SOLUTO + SOLVENTE 1.3 Estudo da Solubilidade A solubilidade pode ser definida como a capacidade do soluto de se dissolver no solvente. Essa capacidade, no que diz respeito à dissolução de sólido em líquido, é limitada, isto é, existe um máximo de soluto que se pode dissolver em certa quantidade de um solvente. A temperatura interfere na capaci- dade de dissolução de um solvente com relação a certo soluto. Assim, o Coeficiente de Solubilidade (CS) ou Solubilidade (S) é definido como a maior quantidade dissolvida de soluto, a dada temperatura, em uma quantidade padrão de solvente (1000 g ou 100 g ou 1 litro). A cada temperatura, tem-se um determinado valor para o CS ou S. Exemplo: CS = 13,3 g de KNO3 por 100 g de H2O a 0 °C. O significado é: “13,3g de KNO3 é a maior massa de nitrato de sódio que pode ser dissolvida em 100 g de água a zero graus Celsius”. Se 25 g desse sal for adicionado a 100 g de água, haverá dissolução de 13,3 g (é a máxima capacidade de soluto), enquanto o excesso, 11,7 g, geralmente vai se sedimentar (corpo de fundo). Curvas de Solubilidade As curvas de solubilidade são representações gráficas obtidas experimentalmente, que medem os diferentes coeficientes de solubilidade de determinado soluto, em diferentes temperaturas. Dessa forma, é possível estabelecer, por meio dessas curvas, a solubilidade do soluto em uma quantidade padrão de solvente, uma vez conhecida a temperatura. Nesses gráficos, em abscissas, coloca-se a temperatura e, em ordenadas, os respectivos coeficientes de solubilidade. No gráfico seguinte, representado na Figura 5, observa-se como varia a solubilidade de algumas substâncias em água. Química Geral e Experimental II Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 11 Figura 5 – Curvas de solubilidade. Fonte: http://www.ensinoonline.com.br/provas/UFT%20(Universidade%20 Federal%20do%20Tocantins)/2007/1%C2%AA%20Fase%20-%20Quimica.htm. Classificação das Soluções As soluções podem ser classificadas de acordo com: 1. Estado de agregação da solução Em uma solução sólida, tanto o soluto quanto o solvente se encontram no estado sólido. Geral- mente, essas soluções são formadas por ligas metálicas. São exemplos de liga metálica o ouro 18 quilates (mistura de ouro e prata ou ouro e cobre), o bronze (mistura de cobre e estanho), o latão (mistura de cobre e zinco) etc. Uma mistura de gases sempreserá uma solução gasosa, pois os gases são solúveis entre si. O ar atmosférico sem fuligem é um exemplo de solução gasosa e possui a seguinte composição: Gás % em volume N2 78 O2 21 Ar 0,9 CO2 0,04 Outros gases 0,06 A grande maioria das soluções conhecidas é líquida e pode ser formada por combinações de dife- rentes estados físicos de soluto em solvente no estado líquido: Deise Zamboni Schaffer e Marcolina Aparecida Eugênio Silva Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 12 Solução de gás em líquido: por exemplo, oxigênio do ar nas águas dos mares, rios e lagos. A solubilidade de gases na água depende de fatores como temperatura e pressão. O aumento de pressão provoca elevação da solubilidade de gases em líquidos. Por outro lado, o aumento de temperatura diminui a solubilidade dos gases em líquidos, ou seja, quando a temperatura sobe, a solubilidade dos gases em água diminui; Solução de líquidos: por exemplo, o vinagre é uma solução aquosa de ácido acético; o álcool hidratado é uma mistura de álcool e água; Solução de sólido em líquido: por exemplo, o soro fisiológico é uma mistura de cloreto de sódio em água. 2. Natureza do soluto As soluções podem ser moleculares ou iônicas. As moleculares apresentam somente moléculas dispersas, como, por exemplo, glicose, sacarose e ureia na água, e, por não conduzirem corrente elétri- ca, são também conhecidas como soluções não eletrolíticas. As iônicas são aquelas que possuem íons dispersos, como ácidos, bases e sais em água, e, por conduzirem corrente elétrica, são denominadas soluções eletrolíticas. 3. Coeficiente de solubilidade Quanto ao coeficiente de solubilidade, há três tipos de soluções: insaturada, saturada e supersatu- rada. Solução insaturada é a solução que contém quantidade de soluto inferior à capacidade máxima de dissolução do solvente, sendo, portanto, capaz de dissolver nova adição de soluto. Solução saturada é aquela que não é capaz de dissolver nova adição de soluto; na prática, é reconhecida pela presença de corpo de fundo, pois é a única que pode conter sólido no fundo do recipiente. Solução supersaturada é uma solução instável, que contém dissolvida uma quantidade de soluto superior à necessária para a saturação e não apresenta corpo de fundo. Por exemplo, considerando a dissolução de cloreto de sódio em água a 0 °C, o seu coeficiente de solubilidade é: CS = 357 g de NaCl por litro de água a 0 °C. A solução que contém exatamente 357 g de NaCl dissolvidos por litro de água a 0 °C é saturada. A solução saturada pode não apresentar corpo de fundo (a massa adicionada é igual ao coeficiente de solubilidade) ou apresentar corpo de fundo (a massa adicionada é excessiva). A solução que contém menos de 357 g de NaCl por litro de água é considerada insaturada. A so- lução insaturada pode ser concentrada (grande massa de soluto) ou diluída (pequena massa de soluto). A solução que contém massa superior a 357 g de NaCl dissolvidos por litro de água a 0 °C é super- saturada (não pode apresentar corpo de fundo). Qualquer perturbação provocará a mudança da solução supersaturada em saturada com corpo de fundo. AtençãoAtenção • Quantidade do soluto ˂ CS = Solução Insaturada; • Quantidade do soluto = CS = Solução Saturada; • Quantidade do soluto > CS = Solução Supersaturada, que é instável e se transformará em solução saturada com corpo de fundo (precipitado). Química Geral e Experimental II Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 13 Concentração das Soluções Como muitas substâncias são utilizadas em soluções, é importante saber determinar a quantidade de soluto numa dada quantidade de solução, qual é a massa de solvente etc. A concentração de uma solução é a relação entre a quantidade de soluto e a quantidade de sol- vente/solução. A quantidade da solução e dos seus componentes (soluto e solvente) pode ser em massa, volume, quantidade de matéria etc. 1. Concentração em massa (C) Concentração em massa = massa do soluto (g) volume da solução (mL) . . . C = msoluto Vsolução A concentração em massa é a relação entre a massa do soluto e o volume da solução. É importante que não seja confundida com a densidade de uma solução, que é representada por: Saiba maisSaiba mais Podemos preparar soluções em laboratório para as mais diversas utilidades e podemos, através de soluções supersatu- radas, produzir cristais (minerais) em laboratório. É uma técnica complexa, mas muito bonita. A imagem a seguir foi extraída de um site que vale a pena visitar. É da Professora Clementina Teixeira, especialista em formação de cristais em laboratório. No site, você conhecerá as técnicas usadas e verá fotos lindas de formação artificial de cristais e rochas. Fonte: http://web.ist.utl.pt/clementina/cristais Como preparar uma solução supersaturada? Por exemplo: sabe-se que uma solução contendo 60 g de acetato de sódio, em 100 g de água a 50 °C, é insaturada (CS = 80 g/100 g de H2O a 50 °C). Para torná-la supersaturada, deve resfriá-la cuidadosamente, sem oscilar ou mexer, até 20 °C. Dessa forma, o excesso de soluto permanece em solução. Não há corpo de fundo, mas, no sistema, têm-se 60 g de acetato de sódio dissolvidos em 100 g de água a 20 °C (CS = 46,5 g/100 g de H2O a 20 °C). Se um pequeno cristal de acetato de sódio for adicionado ou a solução sofrer agitação constante, ocorrerá rápida cris- talização do excesso (60 g – 46,5 g) e a solução tornar-se-á saturada, constituindo um sistema heterogêneo, pois haverá presença de corpo de fundo. Deise Zamboni Schaffer e Marcolina Aparecida Eugênio Silva Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 14 Densidade = massa da solução (g) volume da solução (mL) . . . d = msolução Vsolução Concentração em massa do soluto e densidade da solução são grandezas diferentes; enquanto a primeira indica a massa do soluto presente em determinado volume de solução, a segunda demonstra a relação da massa da solução no volume que ela ocupa. 2. Fração percentual (X) Relacionada à quantidade de soluto na solução, pode ser massa/massa, volume/volume ou quan- tidade de matéria/quantidade de matéria: Fração em massa = massa do soluto (g) massa da solução (g) . . . Xm/m = msoluto msolução = msoluto msoluto + msolvente Fração em volume = volume do soluto (mL) volume da solução (mL) . . . Xv/v = vsoluto vsolução = vsoluto vsoluto + vsolvente Fração em quantidade de matéria quantidade de matéria do soluto (mol) . . . Xqm/qm = nsoluto nsolução = nsoluto nsoluto + nsolventequantidade de matéria do solvente (mol) = Obs.: Multiplicando X por 100, obtém-se %. Exemplo: Determine a fração em massa da água na solução produzida pela adição de 9,0 g de ácido acético glacial em 41 g de água. Resolução: Xm/m = 9 g 41 g = msoluto msoluto + msolvente 9 g + = 0,18 Química Geral e Experimental II Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 15 3. Partes por milhão (ppm) e partes por bilhão (ppb) Para quantidades muito pequenas, podem ser utilizadas as concentrações ppm e ppb, em relações entre massas (m/m), massa e volume (m/v) ou entre volumes (v/v): 1 ppm = 1 parte 1 milhão de partes 1 parte 106 partes = 1 ppb = 1 parte 1 bilhão de partes 1 parte 109 partes = Exemplo: Em um ar poluído, a concentração de partículas sólidas é 135 ppm em massa. Significado: em cada milhão de gramas de ar, há 135 gramas de partículas sólidas: 135 ppm = 135 g de partículas = 106 g de ar 135 mg de partículas = 106 mg de ar 135 mg de partículas 1 kg de ar Obs.: 1 milhão = 106. 4. Concentração em quantidade de matéria: MOLARIDADE (M) É a relação entre a quantidade de matéria do soluto e o volume da solução: Concentração em mol/L= quantidade de matéria do soluto (mol) volume da solução (L) . . . M = nsoluto Vsolução Exemplo: Qual a concentração molar (mol/L) de uma solução aquosa preparada por adição de 5,3 g de Na- 2CO3 (massa molar de 106 g/mol) em água até completar 100 mL de solução? Resolução: M = nsoluto Vsolução = msoluto MMsoluto = Vsolução 5,3 g 106 g/mol 0,100 L = 0,5 mol/L Deise Zamboni Schaffer e Marcolina Aparecida Eugênio Silva Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 16 5. Molalidade É a relação entre a quantidade de matéria do soluto e a massa do solvente em quilogramas: Molalidade = quantidade de matéria do soluto (mol) massa do solvente (kg) . . . Ml = nsoluto msolvente Diluição e Mistura de Soluções É possível diminuir a concentração de uma solução por adição de um volume conhecido de solven- te; esse processo é denominado diluição. Na diluição, a quantidade de soluto permanece constante, mas o volume final da solução e, consequentemente, a sua concentração se alteram. solução solvente solução diluida+ = massa de soluto = m1 concentração = C volume = V massa de soluto = m1 concentração = C' volume = V' C = m1 V . . . m1 = C . V C'= m1 V ' . . . m1 = C' . V' A massa de soluto é a mesma antes e depois da diluição, portanto: C . V = C' . V' Na mistura de soluções em que não ocorrem transformações químicas e considerando o mesmo soluto, há uma somatória nas quantidades de soluto e nos volumes das soluções, obtendo-se uma nova solução, com concentração intermediária às concentrações das soluções misturadas. A massa de soluto é a mesma antes e depois de diluição, portanto: solução diluída Química Geral e Experimental II Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 17 solução' solução'' solução final+ = m1 = C . Vm1' = C' . V' m1' V' C' m1'' V'' C'' m1' + m1'' = m1 V' + V'' = V C m1'' = C'' . V'' C'.V' + C''.V'' = C.V Propriedades coligativas são as propriedades das soluções que dependem exclusivamente da con- centração de partículas do soluto não volátil. Essas propriedades não dependem da natureza das partí- culas. Para determinar o número de partículas dispersas, deve-se considerar a natureza do soluto: mole- cular ou iônica. O número de partículas dispersas (Nd) de soluto molecular que não ionizam é igual ao número de partículas dissolvidas (Npd). Npd = Nd No entanto, para um soluto molecular que ioniza, o número de partículas dispersas é o número de moléculas não ionizadas somado ao número de íons formados. Para um soluto iônico, o número de partículas dispersas será determinado considerando a quantidade de íons separados. Existe um fator que fornece a quantidade de partículas produzida por fórmula de soluto, denomi- nado fator de Van’t Hoff (i) e que pode ser determinado por: i = 1 + α (q – 1) Sendo: i = fator de Van’t Hoff; α = grau de ionização do soluto; q = número de íons formados na ionização. 1.4 Propriedades Coligativas das Soluções Deise Zamboni Schaffer e Marcolina Aparecida Eugênio Silva Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 18 Nesse caso, o número de partículas dispersas será: Npd = Nd.i Exemplo: Considere a dissolução de 100 moléculas de HCl em água. Supondo que 90 moléculas ionizam e formam 90 cátions H+ e 90 ânions Cl-, restam 10 moléculas de HCl sem sofrer ionização. Resolução: HCl àH+ + Cl- Das 100 moléculas dissolvidas: 90 moléculas ionizam à 90 íons H+ 90 íons Cl- 10 moléculas permanecem intactas 190 partículas dispersas nessa solução Ou, utilizando o fator de Van’t Hoff: i = 1 + α (q – 1) α = 90 moléculas ionizam = 0,9 100 moléculas dissolvidas Número de íons formados na ionização: HCl àH+ + Cl- (2 íons por molécula): i = 1 + 0,9(2−1) = 1,9 Npd = 100.1,9 = 190 partículas dispersas nessa solução. As propriedades coligativas são: 1. Abaixamento da pressão de vapor (TONOSCOPIA) Quando um líquido é mantido em um sistema fechado, com espaço disponível acima do seu nível, ocorre coexistência entre a fase líquida e a fase vapor, de modo que a composição de cada fase perma- nece constante, isto é, a rapidez da evaporação é igual à rapidez de condensação (estão em estado de equilíbrio). A pressão que o vapor exerce sobre a superfície do líquido é chamada pressão de vapor. Para que um líquido entre em ebulição, a sua pressão de vapor deve se igualar à pressão atmosféri- ca, ou seja, ponto de ebulição é a temperatura na qual a pressão de vapor do líquido se iguala à pressão que existe sobre a superfície do líquido (pode ser a pressão atmosférica). Se a pressão de vapor do líquido é elevada, não há necessidade de aquecer muito o líquido para que o seu ponto de ebulição seja atingi- do, pois rapidamente as pressões irão se igualar. Assim, quanto maior a pressão de vapor nas condições ambientes, menor o ponto de ebulição e mais volátil o líquido. Se um soluto (substância não volátil) for adicionado a um líquido, as partículas dispersas irão cons- tituir um impedimento que dificulta que parte das moléculas do líquido passe para a fase gasosa; como Química Geral e Experimental II Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 19 consequência, haverá menos moléculas de vapor para exercer pressão. A diferença entre a pressão de vapor do líquido puro (p) e a pressão de vapor do líquido na solução (p’) denomina-se abaixamento da pressão de vapor (∆p): ∆p = p – p’ A relação existente entre o abaixamento de pressão de vapor e a concentração em uma solução é estabelecida pela Lei de Raoult: “a pressão de vapor de um líquido sobre uma solução, no qual é solvente, é dada pelo produto da pressão de vapor do líquido puro e a fração em quantidade de matéria deste líquido na solução.” p' = p . Xsolvente Sendo: p’ = pressão de vapor do líquido na solução; p = pressão de vapor do líquido puro; Xsolvente = fração em quantidade de matéria do líquido na solução. Exemplo: A pressão de vapor da água pura a 25 °C é igual a 5,6 atm. Determine a pressão de vapor, na mesma temperatura, de uma solução de 0,20 mol de glicose em 1,80 mol de água. Utilize a Lei de Raoult. Resolução: p' = p . Xsolvente Xsolvente = nsolvente nsoluto + nsolvente = 1,80 mol 0,20 mol + 1,80 mol = 0,90 Então: p' = 5,6 atm . 0,90 = 5,04 atm 2. Abaixamento da temperatura de congelamento (CRIOSCOPIA) De maneira análoga à tonoscopia, a adição de soluto não volátil provocará o abaixamento da tem- peratura de congelamento de um líquido, pois as partículas dispersas também “impedem” a mudança de estado (líquido para sólido) das moléculas do líquido. Assim, para que ocorra essa mudança de estado, a temperatura deve ser mais baixa. A diminuição da temperatura de congelamento de um líquido por adição de um soluto é conhecida como crioscopia. ∆tc = tc – tc’ Deise Zamboni Schaffer e Marcolina Aparecida Eugênio Silva Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 20 Sendo: ∆tc = abaixamento da temperatura de congelamento; tc = temperatura de congelamento do líquido puro; tc’ = temperatura de congelamento da solução (líquido com soluto). O abaixamento da temperatura de congelamento de um líquido causado pela dissolução de uma substância qualquer que forma uma solução molecular é diretamente proporcional à concentração da solução em quantidade de matéria do soluto por quilograma de solvente (lei de Raoult): tc = Kc . Ml Sendo: ∆tc = abaixamento da temperatura de congelamento; Kc = constante crioscópica (específica para cada solvente); Ml = concentração mol/kg (molalidade). Para soluções iônicas: tc = Kc . Ml . i Sendo: i = fator de Van’t Hoff. Exemplo: Uma solução foi preparada dissolvendo 1,2 mol de etilenoglicol em 3 kg de água. Calcule a tempe-ratura de congelamento da água na solução. Dados: temperatura de congelamento da água pura = 0 °C; Kc = 1,86 °C.kg/mol. Química Geral e Experimental II Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 21 Resolução: A solução formada com a adição de etilenoglicol é molecular. tc = Kc . Ml Ml = nsoluto msolvente = 1,2 mol 3 kg = 0,4 mol/kg ∆tc = 1,86 °C.kg/mol . 0,4mol/kg = 0,74 °C ∆tc = tc – tc’ 0,74 °C = 0 °C – tc’ tc’ = 0,74 °C 3. Elevação da temperatura de ebulição (EBULIOSCOPIA) Se a pressão de vapor na solução diminui por haver menos moléculas da substância no estado de vapor, conclui-se que será necessária muito mais energia proveniente de aquecimento para que esse líquido entre em ebulição. Por isso, afirma-se que a temperatura de ebulição de um líquido tem uma ele- vação quando nele se dissolve uma substância não volátil. O aumento da temperatura de ebulição, após adição de soluto, denomina-se elevação da temperatura de ebulição (∆te). ∆te = te’ – te Sendo: te’ = temperatura de ebulição da solução (líquido com soluto); te = temperatura de ebulição do líquido puro; ∆te = elevação da temperatura de ebulição. Segundo a Lei de Raoult, a elevação do ponto de ebulição de um líquido, pela dissolução de uma substância não volátil (dando solução molecular), é diretamente proporcional à concentração da solução em mol por quilograma de solvente. Assim: tc = Kc . Ml . i Sendo: ∆te = elevação da temperatura de ebulição; Ke = constante ebulioscópica (específica para cada solvente); Ml = concentração mol/kg (molalidade). Deise Zamboni Schaffer e Marcolina Aparecida Eugênio Silva Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 22 Para soluções iônicas: te = Ke . Ml . i Sendo: i = fator de Van’t Hoff. Exemplo: Julgue, como verdadeiras ou falsas, as afirmações que foram feitas a respeito da fervura da água contida em um béquer no qual um termômetro acusa a temperatura de 97 °C. I. Nessa temperatura, a pressão de vapor da água é igual à pressão ambiente. II. Existe algum soluto dissolvido na água, o que abaixa a temperatura de ebulição. III. Nessa temperatura, estão sendo rompidas ligações intermoleculares. IV. A temperatura de ebulição independe da pressão ambiente. Resolução: I. Verdadeira, pois, se a água está fervendo, significa que a sua pressão de vapor se igualou à pressão ambiente. II. Falsa, pois o soluto disperso provocaria a elevação da temperatura de ebulição da água. III. Verdadeira, pois, entre as moléculas da água líquida, há forças intermoleculares (ligação de hidrogênio) unindo-as; quando ocorre a mudança para o estado gasoso, essas interações são rompidas. IV. Falsa, pois a temperatura de um líquido terá valores diferentes em lugares que apresentem pressão ambiente diferente; por exemplo: a água ferve, em São Paulo, a aproximadamente 97 °C e, ao nível do mar, a 100 °C. 4. Pressão osmótica (OSMOMETRIA) A pressão osmótica é uma propriedade coligativa, porque depende da concentração de partículas dispersas na solução. É equivalente à pressão que se deve aplicar sobre a solução para bloquear a entrada de solvente por meio de uma membrana semipermeável (aquela que permite a passagem de solvente). A passagem do solvente pela membrana semipermeável ocorre quando existir duas soluções com concentrações diferentes. É denominada osmose e sempre acontece da solução mais diluída para a mais concentrada. Quanto maior for a diferença de concentração entre as soluções, maior será o fluxo de solvente que atravessa a membrana e maior será a pressão osmótica. A pressão osmótica pode ser calculada pela expressão: π = M.R.T.i Química Geral e Experimental II Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 23 Sendo: π = pressão osmótica; M = concentração do soluto em mol/L; R = constante universal dos gases; T = temperatura (em K); i = fator de Van’t Hoff. Exemplo: Considere uma solução obtida pela dissolução completa de 5,85 g de cloreto de sódio (NaCl) em 1000 mL de solução, a 27 °C. A pressão osmótica dessa solução pode ser determinada conhecendo: R = 0,082 atm.L/K.mol; massa molar do NaCl = 58,5 g/mol. Na dissolução do sal, há separação de íons: NaCl à Na+ + Cl- π = M.R.T.i M = nsoluto Vsolução = msoluto Vsolução = MMsoluto 5,85 g 1 L = 58,5 g/mol 0,1 mol/L T = 27 °C + 273 = 300 K i = 1 + α(q−1) = 1 + 1(2−1) = 2 π = 0,1 mol/L. 0,082 atm.L/K.mol. 300 K.2 π = 4,92 atm 1.5 Resumo do Capítulo No primeiro capítulo, foram apresentadas as características das soluções, que compõem o principal grupo no conceito de dispersões. As soluções são misturas homogêneas, constituídas em soluto e solvente. Podem ser classificadas como: sólidas, líquidas ou gasosas; iônicas ou moleculares; eletrolíticas ou não eletrolíticas; e saturadas, insaturadas ou supersaturadas. Para diferenciar as soluções de coloides, verifica-se se o sistema é capaz de dispersar um feixe lumi- noso (efeito Tyndall), característica própria dos coloides. É importante saber determinar a quantidade de soluto numa dada quantidade de solução, qual é a massa de solvente etc. Assim, as concentrações das soluções podem ser: concentração em massa, fração percentual, partes por milhão ou bilhão, concentração em mol/L e molalidade. Diluição é o processo no qual é possível diminuir a concentração de uma solução por adição de um volume conhecido de solvente. A concentração também pode ser alterada se duas ou mais soluções forem misturadas. As propriedades das soluções que dependem exclusivamente da concentração de partículas do so- luto não volátil são denominadas coligativas. Essas propriedades são: abaixamento da pressão de vapor, elevação da temperatura de ebulição, abaixamento da temperatura de congelamento e pressão osmótica. Deise Zamboni Schaffer e Marcolina Aparecida Eugênio Silva Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 24 1. Têm-se 540 g de uma solução aquosa de sacarose, saturada sem corpo de fundo, a 50 °C. Qual a massa de cristais que se separam da solução, quando ela é resfriada até 30 °C? Dados: Cs a 30 °C = 220 g/100 g de água; Cs a 50 °C = 260 g/100 g de água. 2. Quatro tubos contêm 20 mL de água cada um. Coloca-se, nesses tubos, dicromato de potássio (K2Cr2O7) nas seguintes quantidades: Tubo A Tubo B Tubo C Tubo D Massa de K2Cr2O7(s) 1,0 g 2,4 g 5,2 g 7,0 g Classifique o sistema formado em cada tubo e o tipo de solução que apresentam após agita- ção. Sabe-se que a solubilidade do composto é igual a 12 g por 100 mL de água a 20 °C. 3. O gráfico a seguir expressa o Coeficiente de Solubilidade (CS) do KClO3 em 100 g de água, em várias temperaturas. Calcule: a) A porcentagem de KClO3 que dissolve quando se adicionam 12 g de KClO3 em 100 g de água a 25 °C. b) A massa de KClO3 contida em 240 g de solução saturada a 50 °C. 4. No preparo de solução alvejante de tinturaria, 521,5 g de hipoclorito de sódio são dissolvidos em água suficiente para 10,0 L de solução. Qual a concentração, em mol/L, da solução obtida? (Massa Molar do NaClO = 74,5 g/mol). 5. Em 200 g de solução alcoólica de fenolftaleína, há 8,0% em massa de soluto. Qual a massa de fenolftaleína, em gramas, contida na solução? 1.6 Atividades Propostas 20 16 12 8 4 10 20 30 40 50 Cs(g/100g de H2O) T(ºC) Química Geral e Experimental II Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 25 6. O propilenoglicol (C3H8O2) é um líquido utilizado como umectantede doces, produtos de ca- cau e carne. Para preparar 100 mL de solução a 3 mol/L de propilenoglicol, quantos gramas devem-se pesar desse composto? (Massas molares em g/mol: C=12; O=16; H=1). 7. Se 25 mL de H2O são adicionados a 100 mL de uma solução aquosa a 1,2 mol/L, qual é a nova concentração? 8. 100 mL de ácido clorídrico a 0,1 mol/L são adicionados a 150 mL do mesmo ácido a 0,2 mol/L. Calcule a concentração, em mol/L, da mistura final. 9. As curvas de pressão de vapor de duas substâncias (A e B) são dadas a seguir: temperatura (oC) pressão de vapor (mmHg) 100 200 300 400 500 600 700 800 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 A B a) Quais os pontos de ebulição dessas substâncias a 700 mmHg? b) A 300 mmHg e 40 °C, qual é o estado físico de cada uma dessas substâncias? Justifique. 10. Dissolvem-se, em 100 g de água, 1,8 g de glicose e 3,42 g de sacarose. Qual o ponto de ebulição da solução? Dados: Ke = 0,52 °C.kg/mol; massa molar da glicose = 180 g/mol; massa molar da sacarose = 342 g/mol; pressão atmosférica = 760 mmHg. Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 27 Uma reação química é uma transformação na estrutura da matéria (ou seja, nas ligações químicas dos reagentes), produzindo uma nova substância. Exemplos de Reações Químicas A digestão, nos animais, envolve a quebra das moléculas dos alimentos, através de substâncias do organismo denominadas enzimas. A dissociação é a quebra dos compostos em outros mais simples, que podem ser recombinados. A combustão é o processo que ocorre quando o oxigênio combina-se rapidamente com outra substância, ocorrendo queima do material envolvido, sendo esta uma reação irreversível. A corrosão ocorre na superfície dos metais, reagindo esses metais, por exemplo, com o ar atmosférico. A eletrólise ocorre quando uma corrente elétrica atravessa um composto químico, fazendo com que os elementos desse composto sejam separados em partes mais simples. A fermentação é a alteração de substâncias orgânicas causada pelas enzimas. A oxidação ocorre quando uma substância perde elétrons. Estes são capturados por outras subs- tâncias. Essa reação consiste na chamada redução. Ambas as reações descritas ocorrem em conjunto, portanto uma reação de oxirredução é aquela na qual ocorre transferência de elétrons de uma substân- cia para outra. Enfim, a queima de uma vela, a obtenção de álcool etílico a partir de açúcar e a ferrugem que se for- ma em um pedaço de ferro são exemplos de transformações químicas, nas quais são formadas substân- cias com propriedades diferentes das substâncias de origem. Tais transformações são chamadas reações químicas. As substâncias que interagem são chamadas reagentes e as formadas, produtos. Algumas reações ocorrem somente sob determinadas circunstâncias (ex.: fornecimento de calor, presença de luz ou eletricidade). Algumas reações são acompanhadas de indicações externas (ex.: mu- dança de cor, desprendimento de gás, calor ou luz). Equações Químicas As reações são os processos que ocorrem na natureza, no laboratório, ou seja, é o que ocorre na “prática”, mas, para podermos estudar essas reações, é necessário criarmos padrões de escrita e os quími- cos utilizam as expressões, chamadas equações químicas, para representar as reações químicas. ESTUDO DAS REAÇÕES QUÍMICAS2 2.1 Características das Reações Químicas Deise Zamboni Schaffer e Marcolina Aparecida Eugênio Silva Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 28 Para escrever uma equação química, é necessário: saber quais substâncias são consumidas (reagentes) e quais são formadas (produtos); conhecer as fórmulas dos reagentes e dos produtos; escrever a equação usando a convenção da seguinte forma: Reagentes Lado esquerdo Produtos Lado direito Quando mais de um reagente ou mais de um produto participar da reação, as fórmulas das subs- tâncias serão separadas pelo sinal “+”. Se for preciso, colocam-se números, chamados coeficientes este- quiométricos (que vimos em Química Geral e Experimental I), antes das fórmulas das substâncias, de for- ma que a equação indique a conservação dos átomos (Lei de Lavoisier, lembra-se?). Esse procedimento é chamado balanceamento ou acerto de coeficientes de uma equação. Utilizando essas regras para representar a formação da água, temos: Reagentes: hidrogênio e oxigênio; produto: água; Fórmulas das substâncias: H2; O2; H2O; Equação: H2 + O2 → H2O; Acerto dos coeficientes: a expressão indica que uma molécula de hidrogênio (formada por dois átomos) reage com uma molécula de oxigênio (formada por dois átomos) para formar uma molécula de água (formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio). Vemos, portanto, que a expressão contraria a lei da conservação dos átomos (lei da conservação das massas de Lavoisier), pois, antes da reação, existiam dois átomos de oxigênio e, terminada a reação, existe apenas um. No entanto, se ocorresse o desaparecimento de algum tipo de áto- mo a massa dos reagentes deveria ser diferente da massa dos produtos, o que não é verificado experimentalmente. Como dois átomos de oxigênio (na forma de molécula O2) interagem, é necessário supor que duas moléculas de água sejam formadas, mas, como duas moléculas de água são formadas por quatro átomos de hidrogênio, serão necessárias duas moléculas de hidrogênio para fornecer essa quantidade de átomos. Assim sendo, o menor número de moléculas de cada substância que deve participar da reação é: hidrogênio, duas moléculas; oxigênio, uma molécula; água, duas moléculas. A equação química que representa a reação é: 2 H2 + O2 → 2 H2O (que é lida da seguinte maneira: duas moléculas de hidrogênio reagem com uma molécula de oxi- gênio para formar duas moléculas de água). Química Geral e Experimental II Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 29 Quanto ao Calor A maioria das reações químicas ocorre com transferência de calor entre reagentes e produtos (ab- sorção ou liberação de calor). Reações endotérmicas Veja que endo = para dentro e térmica = calor. É toda reação química que ocorre com absorção de calor pelos reagentes. Por exemplo, a decomposição do calcário: CaCO3 ∆ → CaO↓ + CO2↑ O símbolo ∆, que pode vir acima ou abaixo da seta de equação, representa o aquecimento dos reagentes para que ocorra a reação química. As setas ↓ indicam produtos sólidos precipitados e ↑, produtos gasosos. Reações exotérmicas Observe que exo = para fora e térmica = calor. É toda reação química em que ocorre liberação de calor. Por exemplo, temos a combustão do hidrogênio: 2 H2O(g) + O2(g) → 2 H2O (g) + calor Quanto à Velocidade Reações rápidas As que ocorrem rapidamente e, algumas vezes, de forma explosiva, como, por exemplo, a combus- tão (queima) do álcool etílico: AtençãoAtenção Algumas considerações para o balanceamento de uma equação química: • Deve-se começar o acerto dos coeficientes pelo elemento que aparece uma única vez nos dois membros; • Se os índices do elemento escolhido forem múltiplos, a simplificação pode ser feita antes da transposição; • As fórmulas das substâncias não podem ser modificadas; por isso, nunca coloque números entre os símbolos de uma mesma fórmula. 2.2 Tipos de Reações Químicas Deise Zamboni Schaffer e Marcolina Aparecida Eugênio Silva Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 30 C2H6(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(g) + calor Reações lentas Ocorrem devagar, como, por exemplo, a formação da ferrugem (oxidação do ferro): 4 Fe(s) + 3 O2(g) → 2 Fe2O3(s) + calor Quanto à Reversibilidade Reações reversíveis São reações que ocorrem simultaneamente nos dois sentidos, indicando um equilíbrio químico (que veremos detalhadamente no próximo capítulo), representado pela dupla seta: H2CO3 H2O+ CO2 Reações irreversíveis Reações que ocorrem num só sentido. Exemplo: NaCl + AgNO3 → AgCl + NaNO3 Quanto à Transferência de Elétrons Reação sem transferência de elétrons São aquelas em que não se verifica mudança na estrutura eletrônica de cada elemento envolvido, ou seja, reagentes e produtos mantêm seus elementos com as mesmas valências. Exemplo: NaOH + HNO3 → H2O + NaNO3 Reação de oxirredução (redox) Reação com transferência de elétrons de um reagente para outro ou reação com variação de nox (ver a seguir a descrição) de pelo menos um elemento. Número de oxidação (nox) As reações redox são fáceis de identificar, quando nelas participam espécies iônicas. Mas nem sem- pre isso acontece, podendo ocorrer também em espécies moleculares. Química Geral e Experimental II Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 31 Exemplo: H2 (g) + Cl 2 (g) → 2HCl(g) Nos compostos covalentes, a transferência de elétrons é apenas parcial; então, foi desenvolvida uma notação própria, que atribui a cada átomo um número capaz de descrever o seu estado de carga elétrica. Tal número é chamado Número de Oxidação (NOX), que é a carga que um átomo adquiriria, se os elétrons de cada ligação fossem atribuídos ao átomo mais eletronegativo. Exemplo: ∆+ ∆– H – Cl +1 –1 Regras para a determinação dos números de oxidação A soma algébrica dos números de oxidação de todos os átomos numa molécula é igual a zero; A soma algébrica dos números de oxidação de todos os átomos num íon é igual à carga do íon; O número de oxidação de qualquer elemento no seu estado elementar é zero. Exemplos: nox. (Zn) = 0; nox.(O2) = 0; O número de oxidação do átomo de oxigênio é, geralmente, -2, exceto nos peróxidos, em que é -1; Os números de oxidação dos metais alcalinos e alcalino-terrosos são, respectivamente, +1 e +2; O número de oxidação dos halogêneos (família 7A) é geralmente -1, exceto nos casos em que estes se encontram ligados a átomos mais eletronegativos; O número de oxidação do hidrogênio é, geralmente, +1, exceto nos casos em que este se en- contra ligado a átomos menos eletronegativos, como nos hidretos metálicos. Exemplo: Hidreto iônico – NaH: nº de oxidação (Na) = +1; nº de oxidação (H) = -1. Oxidação: perda de elétrons ou aumento de nox. Redução: ganho de elétrons ou diminuição de nox. Oxidante ou substância oxidante: substância que sofre a redução ou substância que ganha elétrons. Redutor ou substância redutora: substância que sofre a oxidação ou substância que perde elétrons. Exemplos: Zn (s) + Cu+2 (aq)→Zn +2 (aq) + Cu(s) Redução: Cu+2 ganha 2 elétrons; Oxidação: Zn perde 2 elétrons Deise Zamboni Schaffer e Marcolina Aparecida Eugênio Silva Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 32 Semiequação de oxidação: Zn (s) → Zn+2 (aq) + 2e–; Semiequação de redução: Cu+2 (aq) + 2e → Cu(s); Equação Global de Oxirredução: Zn (s) + Cu+2 (aq)→Zn+2 (aq) + Cu(s) Assim, o Zn é a espécie Redutora, porque: Cede elétrons; Sofre oxidação. O Cu+2 é a espécie Oxidante, porque: Capta elétrons; Sofre redução. Balanceamento de equações de oxirredução: fundamenta-se no fato de o número de elétrons cedidos na oxidação ser igual ao número de elétrons recebidos na redução. Quanto aos Reagentes e Produtos Reação de síntese A reação de Síntese ou Combinação Direta é a reação em que duas ou mais substâncias se combi- nam diretamente para formar uma nova substância. Fórmula Geral: A + B → AB Exemplo: Fe + S → FeS Ferro + Enxofre → Sulfeto de Ferro II Outros exemplos: Química Geral e Experimental II Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 33 Reação de análise A reação de análise também é chamada reação de decomposição e é um tipo de reação em que um composto químico se quebra (decompõe-se) em duas ou mais substâncias. Se a decomposição requer uma fonte de calor, é chamada decomposição térmica. Dependendo do fator gerador da decomposição, poderemos ter: Pirólise: é a reação de decomposição ocasionada pela ação do calor; Fotólise: é a reação de decomposição ocasionada pela ação da luz; Eletrólise: é a reação desencadeada pela energia elétrica. Fórmula Geral: AB → A + B Exemplo de Pirólise: CaCO3 → CaO + CO2 Carbonato de Cálcio → Óxido de Cálcio + Dióxido de Carbono Exemplo de Fotólise: 2H2O2 → 2H2O + O2 Peróxido de Hidrogênio → Água + Oxigênio Reação de deslocamento A reação de deslocamento também é chamada simples troca e é a reação em que um elemento mais reativo substitui outro em uma substância química para produzir uma nova substância. O elemento deslocado normalmente é um metal menos reativo que o que o deslocou. Fórmula Geral: A + BC → AC + B Exemplo: Fe0 + CuSO4 → FeSO4 + Cu 0 Ferro metálico + Sulfato de cobre II → Sulfato de ferro II + Cobre metálico Quando a substância simples (A) é um metal, ela deverá ser mais reativa (eletropositiva) que B, para poder deslocá-lo. Para isso, devemos nos basear na fila de reatividade ou eletropositividade. Reatividade ou eletropositividade aumenta Cs Li Rb K Ba Sr Ca Na Mg Be Al Mn Zn Cr Fe Co Ni Sn Pb H Sb As Bi Cu Ag Hg Pt Au Deise Zamboni Schaffer e Marcolina Aparecida Eugênio Silva Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 34 Um metal que vem à esquerda da fila desloca um que vem à direita. 2 Na0 + FeCl2 → 2 NaCl + Fe0 A reação ocorre, pois o Na é mais reativo que o Fe. Já quando a substância simples é um não metal, a reação ocorre se o não metal A for mais reativo (eletronegativo) que o não metal B. Para isso, devemos nos basear na fila de reatividade ou eletronega- tividade. Reatividade ou eletronegatividade aumenta F O N Cl Br I S C P..........H Exemplo: H2S + Cl2 → 2 HCl + S Reação de dupla-troca A reação de Dupla-Troca é a reação em que duas substâncias trocam seus radicais para formar ou- tras substâncias novas. Fórmula Geral: AB + CD → AD + CB Exemplo: KCl + AgNO3 → KNO3 + AgCl↓ Cloreto de potássio + Nitrato de prata → Nitrato de potássio + Cloreto de prata A reação de dupla-troca ocorre quando o produto formado AD e/ou CB, quando comparado com o reagente, for: Menos solúvel (precipitado); Eletrólito mais fraco (ácidos e bases mais fracos); Mais volátil (formação de produtos gasosos). As evidências observáveis para a ocorrência da reação podem ser: 2.3 Indícios de Ocorrência de uma Reação Química Geral e Experimental II Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 35 Mudança de coloração no sistema; Liberação de gás (efervescência); Precipitação (formação de composto insolúvel); Liberação de calor (elevação da temperatura do sistema reagente). Regras de Solubilidade dos Sais A seguir, temos uma tabela simplificada para verificação da solubilidade de sais em água, lembran- do que, para que uma reação ocorra, um dos fatores é a formação de um sal insolúvel (precipitado). Compostos Solubilidade Observações Ácidos Solúveis Bases de metais alcalinos Solúveis É também solúvel o NH4OH. Bases de metais alcalino- terrosos Parcialmente solúveis Bases de outros metais Insolúveis Sais: Nitratos, Cloratos, Acetatos Solúveis Sais: Cloretos, Brometos, Iodetos Solúveis São insolúveis: Ag, Cu, Hg(2+)2, Pb(2+), HgI2 e BiI3. Sais: Sulfatos Solúveis São insolúveis: Ca(2+), Sr(2+), Ba(2+) e Pb(2+). Sais: Sulfetos Insolúveis São solúveis os sulfetos de metais alcalinos e NH(+)4 . Outros ânions Insolúveis São solúveis os sais de metais alcalinos e NH(+)4. Figura 6 – Exemplos de reações. Fonte: http://www.colegioweb.com.br/quimica/regras-para-ocorrer-reacao.html.Deise Zamboni Schaffer e Marcolina Aparecida Eugênio Silva Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 36 Força dos Eletrólitos Chamamos eletrólitos aquelas substâncias que, quando dissolvidas em água, liberam íons, que transmitirão a corrente elétrica. Por exemplo, os ácidos (que são substâncias covalentes, mas se IONI- ZAM) e as bases ou hidróxidos (que são compostos iônicos, que se DISSOCIAM). Força dos ácidos Principais ácidos fortes: HCl, HBr, HI, H2SO4, HNO3; Principais ácidos semifortes: HF, H3PO4, H2SO3; Principais ácidos fracos: H2S, HCN, CH3-COOH. Força das bases As bases (hidróxidos) dos metais alcalinos e alcalino-terrosos são solúveis, portanto FORTES, ou seja, toda a base misturada na água se decompõe. O restante das bases é fraco e também insolúvel: Fe (OH)3, Zn(OH)2, Al(OH)3 etc. Já se tratando do hidróxido de amônio, podemos dizer que ele é considerado solúvel, porém fraco; mistura-se em grande extensão, porém continua, em sua maior parte, na forma molecular: Volatilidade É a capacidade de algumas substâncias terem baixo Ponto de Ebulição (PE) e, dessa forma, se trans- formarem em gases na temperatura ambiente. Todo composto iônico é não volátil. Portanto, os sais e os hidróxidos metálicos são não voláteis (lembre-se de que eles são iônicos, portanto altos PE e PF). Principais ácidos voláteis: HF, HCl, HBr, HI, H2S, HCN, HNO2, HNO3 e CH3-COOH; Única base volátil: hidróxido de amônio; Principais ácidos fixos ou não voláteis: H2SO4 e H3PO4. Instabilidade É a característica de algumas substâncias se transformarem em gases. Principais compostos INSTÁVEIS: Ácido carbônico (H2CO3); Ácido sulfuroso (H2SO3); Ácido tiossulfúrico (H2S2O3); Hidróxido de amônio (NH4OH). Química Geral e Experimental II Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 37 Exemplos: a) Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2↑ b) K2SO3 + H2SO4 → K2SO4 + H2O + SO2↑ c) Na2S2O3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + S↓ + SO2↑ d) NH4Cl + NaOH → NaCl + H2O + NH3↑ AtençãoAtenção Lembre-se das evidências para que ocorra uma reação química: • Menos solúvel (precipitado); • Eletrólito mais fraco (ácidos e bases mais fracos); • Mais volátil (formação de produtos gasosos). AtençãoAtenção Não é necessário que TODAS as evidências ocorram ao mesmo tempo para dizermos que ocorreu uma reação. Basta uma delas (formação de precipitado ou gás ou eletrólito mais fraco), em apenas um dos produtos, para identificarmos a ocorrência da reação química. Saiba maisSaiba mais A partir da Revolução Industrial na Inglaterra (do século XVIII até o presente), certos produtos químicos tornaram-se de interesse comercial, necessários em grande escala. O ácido sulfúrico é uma mercadoria importante, pois foi um dos primeiros desses “produtos industriais”. Até já foi dito que se mede o grau de industrialização de um país pela quanti- dade de ácido sulfúrico produzido por seu parque industrial. Desse modo, as indústrias investiram muito na tarefa de melhorar o processo de produção de ácido sulfúrico. O principal uso (60% do total mundial) do ácido sulfúrico é na produção de ácido fosfórico por via úmida, que, por sua vez, é usado na produção de fertilizantes fosfatados e de trifosfato de sódio, usado em detergentes. A matéria-prima usada para a fabricação de ácido fosfórico na equação a seguir é a fluorapatita: Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 10H2O → 5 CaSO4.2H2O + HF + 3H3PO4 Outro uso importante do ácido sulfúrico é na fabricação de sulfato de alumínio. Esse sal reage com pequenas quantias de sabão em fibras de polpa de papel, de forma a dar carboxilatos gelatinosos de alumínio, que ajudam na coagulação das fibras para formar o papel propriamente dito. O sal de alumínio também é usado para fazer hidróxido de alumínio, que é usado em plantas de tratamento de água, para filtrar impurezas e melhorar o sabor da água. O sulfato de alumí- nio é feito pela reação da bauxita com ácido sulfúrico: Al2O3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2O O ácido sulfúrico é ainda usado para diversos outros fins na indústria química. Por exemplo, é o catalisador ácido co- mum na conversão de ciclo-hexanona oxima em caprolactama, que é usada para fazer nylon; é usado com sal para a fabricação de ácido clorídrico; no refino de petróleo, é um catalisador da reação do isobutano com isobutileno, que dá iso-octano (2,2,4-trimetilpentano), um composto para aumentar a octanagem de gasolina. Deise Zamboni Schaffer e Marcolina Aparecida Eugênio Silva Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 38 Neste capítulo, pudemos observar os vários tipos de reações químicas e suas classificações: Síntese, Análise, Simples Troca e Dupla-Troca. Verificamos as Evidências que demonstram que a reação química ocorreu, tais como formação de precipitado (que é um sal insolúvel), formação de gás (que pode ser também um composto mais volátil) e formação de eletrólitos mais fracos. Observamos as características de sais insolúveis, ácidos e bases voláteis, lembrando que essas ca- racterísticas dizem respeito ao tipo de interação (química) entre os elementos constituintes da fórmula e suas energias de ligação (estudos do módulo de Química Geral e Experimental I). Verificamos que, quando se misturam soluções em que todos os constituintes continuam isolados na forma de íons livres, então podemos concluir que não houve reação química. As baterias de chumbo ácido presentes em automóveis são recarregáveis e também contêm ácido sulfúrico como eletrólito. O ácido sulfúrico também é o principal ingrediente de alguns tipos de substâncias desentupidoras de pia especializadas em desbloquear entupimentos com papel, pedaços de tecido e outros materiais não dissolvidos por soluções alcalinas. Entretanto, na produção industrial ou mesmo no trânsito, existe a queima de combustíveis fósseis, que libera na atmos- fera grande quantidade de óxidos de enxofre (SO2 e SO3), que, ao entrarem em contato com a água, geram a chuva ácida, conforme as reações: SO2(g) + ½ O2(g) → SO3(g) SO3(g) + H2O → H2SO4 (l) Fonte: www.mma.gov.br/port/conama/legiabre.cfm?codlegi=23. A chuva ácida, ao cair na superfície, altera a composição química do solo e das águas, atinge as cadeias alimentares, destrói florestas e lavouras, ataca estruturas metálicas, monumentos e edificações. Fonte: http://www.quimica.com.br/revista/qd389/perspectivas5.htm. 2.4 Resumo do Capítulo Química Geral e Experimental II Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 39 1. Um laboratorista recebeu quatro rótulos contendo, separadamente, informações sobre os se- guintes reagentes: Fe(NO3)2, AgNO3, NaCl e K2CO3. Recebeu também quatro frascos, cada um contendo um desses reagentes, porém sem identificação. Com o objetivo de rotulá-los ade- quadamente, o técnico numerou-os de 1 a 4 e fez alguns testes com amostras das soluções de cada frasco, obtendo as seguintes informações: I – Com a adição de ácido clorídrico, houve desprendimento de gás na amostra do frasco 2 e formação de precipitado na amostra do frasco 1; II – Com a adição de cloreto de sódio, observou-se formação de precipitado na amostra do frasco 1; III – Com a adição de hidróxido de sódio, observou-se a formação de precipitado nas amostras dos frascos 1 e 3; IV – Com a adição dos 3 reagentes dos itens anteriores, não se observou nenhuma reação na amostra do frasco 4. De acordo com os resultados dos testes realizados, qual o conteúdo dos frascos 1,2, 3 e 4? 2. Indique o tipo de reação que ocorre em: a) H2 + Br2 → 2 HBr b) NaCl + AgNO3 → AgCl + NaNO3 c) ZnCO3 → ZnO + CO2 d) CaO + CO2 → CaCO3 e) 2AgCl → 2Ag0 + Cl2 3. Equacione as reações de dupla-troca a seguir e diga se elas ocorrem ou não. a) CaCl2 + PbSO3 → b) NaNO3 + K3PO4 → c) H2SO4 + KI → d) NaSO4 + BaCl2 → 4. Se misturarmos duas soluçõesaquosas de ácido clorídrico e nitrato de prata, ocorrerá algum tipo de reação? Exemplifique. 5. A cebola, por conter derivados de enxofre, pode escurecer talheres de prata. Esse fenômeno pode ser representado pela equação química: 4Ag(s) + 2H2S(g) + O2(g) à 2Ag2S(s) + 2H2O(l) Como é classificado esse tipo de reação? Determine o elemento que oxidou e o que reduziu. Indique quais são a substância oxidante e a substância redutora. 2.5 Atividades Propostas Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 41 Vimos, no capítulo anterior, as evidências de uma reação química e conseguimos diferenciar os vários tipos de reação química. Entretanto, ainda não comentamos por que as reações ocorrem, ou seja, sabemos, da Química Geral e Experimental I, que os átomos se ligam em ligações químicas para se es- tabilizar energeticamente; no entanto, por que algumas reações químicas ocorrem e outras não? Como será esse mecanismo? Tentaremos verificar essas condições neste capítulo. A primeira coisa que devemos observar é as condições mínimas necessárias para que uma reação química ocorra. Condições para Ocorrência de uma Reação Para que uma reação química ocorra, devem ser satisfeitas as seguintes condições: Afinidade Química entre os Reagentes: é a tendência natural de cada substância reagir com outra substância. Por exemplo: ácidos têm afinidades por bases, não metais têm afinidades por metais, reagentes nucleófilos têm afinidade por reagentes eletrófilos; entretanto, só a afinida- de não basta; Contato entre as Moléculas dos Reagentes: o contato entre os reagentes é imprescindível à ocorrência de reação, mas, novamente, não basta apenas o contato; Choques efetivos entre as Moléculas dos Reagentes: as reações químicas ocorrem como resul- tado de choques entre as moléculas dos reagentes, que se encontram em permanente movi- mento. Exemplo: A2 + B2 2AB Para haver reação, o choque entre as moléculas deve provocar rompimento das ligações presentes em A2 e B2, permitindo que novas ligações aconteçam, formando, assim, a substância AB. Esse tipo de choque é denominado choque efetivo. O choque será efetivo se houver um direcionamento ideal entre as moléculas dos reagentes, que devem colidir numa orientação e num ângulo adequados. CINÉTICA E EQUILÍBRIO QUÍMICO3 3.1 Cinética Química Deise Zamboni Schaffer e Marcolina Aparecida Eugênio Silva Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 42 Figura 7 – O ângulo e a orientação não favorecem a ocorrência da reação. Fonte: http://www.profpc.com.br/cin%C3%A9tica_qu%C3%ADmica.htm. Figura 8 – O ângulo e a orientação não favorecem a ocorrência da reação. Fonte: http://www.profpc.com.br/cin%C3%A9tica_qu%C3%ADmica.htm. Figura 9 – O ângulo e a orientação favorecem a ocorrência da reação. Fonte: http://www.profpc.com.br/cin%C3%A9tica_qu%C3%ADmica.htm. Quando o ângulo e a orientação favorecem a ocorrência da reação, possibilitam ultrapassar a ener- gia de ativação para se atingir o complexo ativado. Energia de ativação é a quantidade de energia que devemos dar aos reagentes para que eles se transformem em complexo ativado, que é um composto intermediário e altamente instável, resultante de choques eficientes, em que as ligações iniciais se enfraquecem e as novas ligações começam a se for- mar. O complexo ativado é o composto mais energético da reação; por isso, ele é instável e, após a sua rápida formação, o produto irá se consolidar sempre com uma energia mais baixa do que a do complexo ativado. Figura 10 – Exemplo de complexo ativado. Fonte: http://www.profpc.com.br/cin%C3%A9tica_qu%C3%ADmica.htm. Química Geral e Experimental II Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 43 Gráficos de Reação Definimos ENTALPIA (H) como a energia interna POTENCIAL que toda substância possui. Tudo na natureza possui o seu conteúdo energético próprio e característico, que é a somatória de vários fatores energéticos, entre eles, a energia das ligações químicas que compõem a substância. Dessa forma, quando uma reação química se processa, existe a troca energética entre reagentes e produtos; assim, teremos dois tipos básicos de reações: Quando os produtos possuem um conteúdo energético MENOR que os reagentes, a energia excedente será “jogada para fora da reação” na forma de CALOR; chamamos esse tipo de reação de REAÇÃO EXOTÉRMICA; Quando os produtos possuem um conteúdo energético MAIOR que os reagentes, a reação para se processar precisará de energia extra; assim, deveremos aquecer para que os produtos se formem. Chamamos esse tipo de reação de REAÇÃO ENDOTÉRMICA. À diferença de entalpia, damos o nome ΔH, que será: ΔH = Hprodutos - Hreagentes Se representarmos em gráfico os níveis de energia dos reagentes, complexo ativado e produtos em função do caminho da reação, teremos: Gráfico 1 – Reação exotérmica (ΔH < 0). Fonte: www.soq.com.br/formulas/cinetica/index_clip_image024.jpg. Na qual, temos: Ea sem catalisador: energia de ativação da reação sem auxílio de catalisador (que aumenta a rapidez da reação); Ea com catalisador: energia de ativação com o auxílio de catalisador; Variação de entalpia (ΔH): diferença de Energia Interna entre Produtos e Reagentes. Deise Zamboni Schaffer e Marcolina Aparecida Eugênio Silva Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 44 Gráfico 2 – Reação endotérmica (ΔH > 0). Fonte: http://www.profpc.com.br/2002-51-131-40-i006.gif. Na qual, temos: Energia de ativação; Variação de entalpia (ΔH). Rapidez das Reações A Energia de Ativação é uma “barreira energética” que irá definir se a reação irá se processar rápida ou lentamente. Algumas reações são extremamente rápidas, como, por exemplo, as explosões, enquanto outras são muito lentas, como é o caso da formação de petróleo. O estudo da rapidez das reações quími- cas e dos fatores que podem acelerá-las ou retardá-las constitui a chamada cinética química. O estudo da cinética das reações é muito útil, já que muitas reações químicas de interesse industrial podem ser aceleradas, gastando menos tempo para ocorrerem e, portanto, tornando o processo mais econômico. Fatores que Interferem na Rapidez das Reações Estado físico dos reagentes Gases reagem mais rapidamente que os líquidos e estes, mais rapidamente que os sólidos, pois, quanto maior a distância entre as partículas, mais rapidamente elas se movimentam; assim, a probabili- dade de choques é maior. AtençãoAtenção Para que uma reação ocorra, é necessário que os reagentes tenham: • Afinidade; • Contato; • Choques efetivos. Para a diferença de Entalpia: ΔH = Hprodutos - Hreagentes Química Geral e Experimental II Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 45 Temperatura Todo aumento de temperatura provoca aumento da energia cinética média das moléculas, fazen- do com que aumente a probabilidade de choques efetivos; então, aumentando a temperatura, aumenta a rapidez de qualquer reação, seja exotérmica ou endotérmica. Uma regra prática, que relaciona o aumento de temperatura com a velocidade de uma reação, é a regra de Van’t Hoff: “Um aumento de 10 °C na temperatura duplica a velocidade de uma reação química”. Exemplo: Se um princípio ativo se forma em uma reação a uma velocidade de 3,0 mols/min a 20 °C, calcule a velocidade de produção desse princípio ativo a 50 °C. Resolução: 20 °C __________ 3,0 mols/min 30 °C __________ 6,0 mols/min 40 °C __________ 12 mols/min 50 °C __________ 24 mols/min Eletricidade A energia elétrica fornece energia para que algumas moléculas possuam condições de reagir (for- mação do complexo ativado). O calor liberado pela própria reação é suficiente para desencadear a reação na sua totalidade. Exemplo: Os gases O2 e H2 têm afinidade, estão em contato na atmosfera nem por isso formam-semoléculas novas de H2O a todo instante. Entretanto, quando temos uma tempestade com raios, a faísca elétrica fornece energia para que esses gases possam reagir: 2H2(g) + O2(g) 2H2O Luz Muitas reações absorvem energia luminosa, principalmente nas radiações ultravioletas. A luz e ou- tras radiações eletromagnéticas exercem um efeito semelhante ao da eletricidade, fornecendo energia para que, de início, algumas moléculas apresentem condições de reação (energia igual ou superior à energia de ativação). Deise Zamboni Schaffer e Marcolina Aparecida Eugênio Silva Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 46 Exemplo: H2(g) + Cl2(g) 2HCl2 Pressão A pressão só influencia a rapidez de reações em que só temos gases. Superfície do reagente sólido Todos sabemos (principalmente, os ansiosos) que, quando partimos um comprimido efervescente de vitamina C, ele dissolve mais rápido. Isso ocorre porque quanto maior a superfície de contato do rea- gente sólido, maior será o número de colisões entre as partículas reagentes e consequentemente mais rápida será a reação. Catalisador e inibidor Catalisador é a substância que aumenta a velocidade de uma reação, sem sofrer qualquer trans- formação em sua estrutura. O aumento da velocidade é conhecido como catálise. O catalisador acelera a velocidade, alterando o mecanismo da reação, o que provoca a formação de um complexo ativado de energia mais baixa, ou seja, diminui a energia de ativação. São características dos catalisadores: a) O catalisador não fornece energia à reação; b) O catalisador participa da reação, formando um complexo ativado de menor energia; c) O catalisador não altera o H da reação; d) O catalisador pode participar das etapas da reação, mas não é consumido por ela. Figura 11 – Catalisador e inibidor. Fonte: http://www.profpc.com.br/cin%C3%A9tica_u%C3%ADmica.htm. Química Geral e Experimental II Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 47 O inibidor é uma substância que diminui a velocidade das reações, por formar um complexo ativa- do de alta energia de ativação. Contudo, o inibidor é consumido pela reação. Promotor de reação ou ativador de catalisador é uma substância que ativa o catalisador, mas, isoladamente, não tem ação catalítica na reação. Enzima é uma proteína que atua como catalisador em reações biológicas. Caracteriza-se pela sua ação específica e pela sua grande atividade catalítica. Apresenta uma temperatura ótima, geralmente ao redor de 37 °C, na qual tem o máximo de atividade catalítica. Concentração dos reagentes Quanto mais concentrados os reagentes, maiores as chances de choques efetivos, portanto maior será a velocidade de processamento. Entretanto, cada reagente de uma reação terá uma influência espe- cífica na concentração e rapidez dessa reação (Lei de Ação das Massas). Assim, teremos a Lei da Velocida- de de uma Reação: “Lei de velocidade de uma reação química é uma equação que relaciona a velocidade de uma reação com a concentração dos reagentes elevadas em certos expoentes” Para uma reação química geral: aA + bB → cC + dD Velocidade = k [A]m [B]n Sendo m e n determinados experimentalmente. Os valores de m e n são as ordens da reação química; portanto, essa reação é de ordem m em rela- ção ao reagente A, de ordem n em relação ao reagente B e de ordem (m + n) para a reação total. A constante de proporcionalidade k é chamada constante de velocidade da reação. Por exemplo, se uma reação ELEMENTAR, ou seja, que ocorre em uma ÚNICA ETAPA, ocorrer em várias etapas, a etapa mais lenta irá determinar a velocidade da reação total e teremos que determinar os coeficientes da Lei de Velocidade EXPERIMENTALMENTE. Assim, podemos ter: A + 2B → AB2 Como a equação é elementar, então podemos assumir os coeficientes como 1 para o reagente A e 2 para o reagente B; então, temos: v= k [A]1 [B]2 Isso significa que a velocidade dessa reação irá dobrar, se dobrarmos a concentração de A, e qua- druplicar, se dobrarmos a concentração do B, ou seja, é de 1ª ORDEM para A e 2ª ORDEM para B, com ordem geral da reação 3. Deise Zamboni Schaffer e Marcolina Aparecida Eugênio Silva Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 48 AtençãoAtenção Fatores que interferem na rapidez das reações: • Estado físico dos reagentes; • Superfície de contato; • Temperatura; • Pressão (só para gases); • Catalisadores; • Concentração dos reagentes (Lei de Ação das Massas); • Luz; • Eletricidade. 3.2 Equilíbrio Químico Se os produtos de uma reação tiverem afinidade entre si e permanecerem em contato, eles acaba- rão por reagir novamente e regenerar os reagentes; isso ocorre com MUITA frequência em grande parte das reações químicas e damos o nome EQUILÍBRIO QUÍMICO. Uma das razões pelas quais as propriedades de um sistema em equilíbrio são muito importantes é que todas as reações tendem a alcançar um equilíbrio. De fato, se permitirmos, todas as reações químicas atingem um estado de equilíbrio, embora isso nem sempre seja evidente. Às vezes, dizemos que uma reação química terminou, pois não observamos mais nenhuma evidência de reação, entretanto não exis- tem reações que consumam 100% dos reagentes. Todos os sistemas que reagem alcançam um estado de equilíbrio, no qual permanecem pequenas quantidades de reagentes que estão sendo consumidos, até que seja quase impossível de se mensurar. Condições para Ocorrência do Equilíbrio Químico Reagentes e Produtos estarem em contato; Velocidades das Reações de formação do produto e de regeneração dos reagentes serem IGUAIS, ou seja, velocidades direta e reversa iguais; Concentrações de Reagentes e Produtos CONSTANTES, ou seja, não se alteram mais; O Equilíbrio Químico é DINÂMICO, ou seja, um se transforma no outro o tempo todo; É representado na Equação Química por seta dupla ( ). Exemplo: CO2 (g) + H2 (g) CO(g) + H2O(g) Se temos uma quantidade de gases CO2 e H2 contida em um recipiente fechado, após o início da reação, percebemos que as concentrações dos reagentes (CO2 e H2) diminuem e que as dos produtos (CO e H2O) aumentam (todas essas concentrações aumentam e diminuem na mesma proporção, já que a re- Química Geral e Experimental II Unisa | Educação a Distância | www.unisa.br 49 lação estequiométrica de todas as substâncias envolvidas, em razão mol por mol, é de 1:1). Veja a seguir o gráfico que representaria esse equilíbrio químico: Figura 12 – Equilíbrio químico. Fonte: www.agracadaquimica.com.br/imagens/artigos/clip_image002_0034.gif. Considerando que a reação se inicia no instante t0, as concentrações dos reagentes diminuíram e as dos produtos, aumentaram. Veja, pelo gráfico, que as variações de concentração vão se tornando menos acentuadas desde o início da reação até o instante t3, em que o equilíbrio foi atingido. No tempo t0, que é o inicio da reação, só temos a reação no sentido da formação dos produtos: A + B C + D (reação di- reta). Entretanto, após certo tempo, quando temos uma maior quantidade de produto formado, inicia-se a reação no sentido contrário, ou seja, de se regenerarem os reagentes: C + D A + B (reação inversa). A velocidade da reação direta diminui com o tempo, devido à diminuição na concentração dos reagen- tes (lembre-se: menor número de choques efetivos). Ao mesmo tempo, a velocidade da reação inversa aumenta, por causa do aumento da concentração dos produtos. Finalmente, em t3, a velocidade da reação direta diminui e a da reação inversa, aumenta, a ponto de se igualarem. A partir daí, não há mais variação das concentrações de reagentes e produtos (concentra- ção CONSTANTE), pois ambos são formados e consumidos em velocidades iguais: CO2 (g) + H2 (g) CO(g) + H2O(g) AtençãoAtenção O Equilíbrio Químico ocorre quando: • As concentrações de produtos e reagentes permanecem CONSTANTES; • As velocidades
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