Equilíbrio Químico

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EQUILÍBRIO QUÍMICOEQUILÍBRIO QUÍMICO
Condição na qual as concentrações de todos os reagentes 
e produtos em um sistema não mais variam com o tempo.
Conceito de equilíbrioConceito de equilíbrio
N2O4(g) 2NO2(g)
incolorincolor marrommarrom
2
Conceito de equilíbrioConceito de equilíbrio
Reação direta: A → B Velocidade = kd[A]
Reação inversa: B → A Velocidade = ki[B]
No equilíbrio kd[A] = ki[B]
( ) ( )gg BA ⇔
Conceito de equilíbrioConceito de equilíbrio
• Para substâncias gasosas:
• Para as substâncias A e B:
[ ] 





=
RT
PAA
[ ] 





=
RT
PBB
nRTPV =
RT
PV
n =
RT
P
V
n
=
RT
PKvelocidadediretaReação Ad==
RT
PKvelocidadeinversaReação Bi==
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Constante de equilíbrioConstante de equilíbrio
•• ProcessoProcesso HaberHaber::
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
Constante de equilíbrioConstante de equilíbrio
•• LeiLei dada açãoação dasdas massasmassas::
– Expressa a relação entre as concentrações dos reagentes e
produtos no equilíbrio em qualquer reação:
– Condição de equilíbrio:
aA + bB cC + dD
ba
dc
eq
PP
PP
K
BA
DC
=
[ ] [ ]
[ ] [ ]ba
dc
eqK
BA
DC
=
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Constante de equilíbrioConstante de equilíbrio
• A expressão da constante de equilíbrio depende apenas da
estequiometria da reação, e não de seu mecanismo.
• O valor da constante de equilíbrio a certa temperatura não depende
das quantidades iniciais de reagentes e produtos.
• O valor da constante de equilíbrio varia apenas com a temperatura.
Constante de equilíbrioConstante de equilíbrio
• Como podemos determinar o valor numérico para Keq e verificar que
é uma constante independente das quantidades de partida de NO2
e N2O4?
( )
42
2
ON
2
NO
P
P
Keq =
( ) ( )gg 242 NO2ON ⇔
5
Constante de equilíbrioConstante de equilíbrio
( ) ( ) 456
04290
5260 2
ON
2
NO
42
2
,
,
,
P
P
Keq ===
Ordem de grandeza das constantes de equilíbrioOrdem de grandeza das constantes de equilíbrio
• Se K << 1, então os reagentes predominam no equilíbrio e o
equilíbrio encontra-se à esquerda.
• Se K >> 1, então os produtos predominam no equilíbrio e o
equilíbrio encontra-se à direita.
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O sentido da equação química e O sentido da equação química e KKeqeq
•• EquilíbrioEquilíbrio NN22OO44 –– NONO22::
•• ReaçãoReação diretadireta::
•• ReaçãoReação inversainversa::
( ) ( )gg 242 NO2ON ⇔
( )
426
42
2
ON
2
NO
,
P
P
Keq ==
( ) 15502NO
ON
2
42
,
P
P
Keq ==
Relação entre as equações químicas Relação entre as equações químicas 
e os valores de e os valores de KKeqeq
( ) ( )gg 242 NOON ⇔ 42
( )
( ) ( ) 741426 2ON
NO
42
2
,,
P
P
Keq === 2
4
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Cinética e EquilíbrioCinética e Equilíbrio
ProcessosProcessos ElementaresElementares
– No equilíbrio estas velocidades são iguais, portanto:
ou
DCBA +⇔+
dk
ik
[ ][ ] [ ][ ]DCBA =dk ik
[ ][ ]
[ ][ ] eqK==BA
DC dk
ik
Cinética e EquilíbrioCinética e Equilíbrio
ReaçõesReações dede múltiplasmúltiplas etapasetapas
– O mecanismo dessa reação consiste de duas etapas:
– Velocidade da reação global é a velocidade da segunda etapa:
DCBA2 +→+
ICBA +→+ 1
k
Etapa 1 (rápida):
DIA →+
2k
Etapa 2 (lenta):
[ ][ ]IAvelocidade = 2k
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Cinética e EquilíbrioCinética e Equilíbrio
ICBA +→+ 1
k
Etapa 1 (rápida; equilíbrio):
DIA →+
2k
Etapa 2 (lenta):
[ ][ ]
[ ][ ] =BA
IC
1k [ ]
[ ][ ]
[ ]C
BA
I =⇒
1k
[ ][ ] [ ] [ ][ ]
[ ] [ ]
[ ]C
BA
C
BA
IAkvelocidade
22
2
expk
===
1k 2k
Equilíbrios químicos heterogêneosEquilíbrios químicos heterogêneos
•• EquilíbrioEquilíbrio homogêneohomogêneo::
– Ocorre quando reagentes e produtos estão em uma fase.
•• EquilíbrioEquilíbrio heterogêneoheterogêneo::
– Ocorre quando um ou mais reagentes ou produtos no equilíbrio
estão em uma fase diferente.
2COeq PK =
( ) ( ) ( )gss 23 COCaOCaCO +⇔
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Princípio de Le ChâtelierPrincípio de Le Châtelier
• Se um sistema em equilíbrio é perturbado por uma variação na
temperatura, pressão ou concentração de um dos componentes, o
sistema deslocará sua posição de equilíbrio de tal forma a
neutralizar o efeito do distúrbio.
• Consideremos 3 maneiras pelas quais um equilíbrio pode ser
perturbado:
– Adição ou remoção de um reagente ou produto;
– Variação da pressão;
– Variação da temperatura.
Variação nas concentrações de reagente ou produtoVariação nas concentrações de reagente ou produto
• Considere a produção de amônia:
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
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Efeitos das variações de volume e pressãoEfeitos das variações de volume e pressão
• À medida que diminui-se o volume, a pressão aumenta.
•• PrincípioPrincípio dede LeLe ChâtelierChâtelier::
– Com o aumento da pressão, o sistema se deslocará no sentido
de neutralizar o aumento.
– O sistema desloca no sentido de remover os gases e diminuir a
pressão.
• Portanto, um aumento na pressão favorece o sentido que tenha
menos quantidade de matéria de gás.
Efeito das variações de temperaturaEfeito das variações de temperatura
•• ProcessoProcesso endotérmicoendotérmico ((∆∆H>H>00))::
Rosa claro Azul escuro
Co(H2O)62+(aq) + 4Cl-(aq) ⇔ CoCl42-(aq) + 6H2O(l)
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Dependência da constante de equilíbrio com a temperaturaDependência da constante de equilíbrio com a temperatura
•• ReaçãoReação endotérmicaendotérmica::
– Aumento da temperatura (T) resulta em aumento de Keq.
•• ReaçãoReação exotérmicaexotérmica::
– Aumento da temperatura (T) resulta em diminuição de Keq.
produtoscalorReagentes ⇔+
calor produtosReagentes +⇔
Equação de van’t HoffEquação de van’t Hoff
ExercícioExercício::
Para o equilíbrio:
22HH22SS((gg)) ⇔⇔ 22HH22((gg)) ++ SS22(g)(g)
KP = 1,18 × 10-2 a 1065º C e 5,09 × 10-2 a 1200º C.
Calcular ∆H°para a reação.
( )
( ) 




−
−
=
212
1 11
TTR
∆H
K
Kln
P
P
o
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Equação de van’t HoffEquação de van’t Hoff
ResoluçãoResolução::
Rearranjando a equação de van’t Hoff para ∆H°, temos:
TT11 = 1065 + 273 = 1338 K= 1065 + 273 = 1338 K
TT22 = 1200 + 273 = 1473 K= 1200 + 273 = 1473 K
( )
( )
21
2
1
11
TT
K
KlnR
∆H P
P
−
=
o
( )
( ) 




−
−
=
212
1 11
TTR
∆H
K
Kln
P
P
o
( )






−





×
×
=
−
−
−−
K1473
1
K1338
1
10095
10181
molJK3158 2
2
11
,
,ln,
∆H o
15 Jmol10771 −×= ,
Efeito do catalisadorEfeito do catalisador
• Um catalisador aumenta a velocidade na qual o equilíbrio é
atingido, mas não a composição da mistura no equilíbrio.
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Cálculos de EquilíbrioCálculos de Equilíbrio
ExercícioExercício::
1,00 mol de HI é colocado num recipiente de 5,00 litros a 458º C. Quais
são as concentrações de HI, I2 e H2 depois de estabelecido o equilíbrio a
esta temperatura? Keq = 2,06 × 10-2 a 458º C
ResoluçãoResolução::
( ) ( ) ( )ggg 22 IHHI2 +⇔
1Lmol2000
L005
mol001
−
= ,
,
,
Cálculos de EquilíbrioCálculos de Equilíbrio
Concentração 
inicial, mol L-1
Variação da 
concentração, mol L-1
Concentração 
em equilíbrio, mol L-1
[H2] 0 +x x
[I2] 0 +x x
[HI] 0,200 -2x 0,200 – 2x
[ ][ ]
[ ]
( )( )
( )
22
22
22 10242x10062
x22000
xx
HI
IH
−− ×=⇒×=
−
⇒= ,,
,
Keq
[H2] = [I2] x 2,24 × 10-2 mol L-1
[HI] 0,200 – 2x 0,155 mol L-1
No equilíbrio:
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Cálculos de EquilíbrioCálculos de Equilíbrio
ExercícioExercício::
Suponha que 3,00 mol de HI, com 2,00 mol de H2 e 1,00 mol de I2, são
colocados num recipiente de 1,00 litro a 458º C. Depois de estabelecido o
equilíbrio, quais são as concentrações de todas as espécies?
Kc = 2,06 × 10-2 a 458º C
ResoluçãoResolução::
- Concentrações iniciais:
[H2] = 2,00 mol L-1; [I2] = 1,00 mol L-1; [HI] = 3,00 mol L-1
( ) ( ) ( )ggg 22 IHHI2 +⇔
Cálculos de EquilíbrioCálculos de Equilíbrio
Concentração 
inicial, mol L-1
Variação da 
concentração, mol L-1
Concentração 
em equilíbrio, mol L-1
[H2] 2 +x 2 + x
[I2] 1 +x 1 + x
[HI] 3 -2x 3 – 2x
[ ][ ]
[ ]
( )( )
( )
2
22
22 10062
x2003
x001x002
HI
IH
−×=
−
++
== ,
,
,,Keq
0811x253x9180 2 =++ ,,,
0xx2 =++ cba a
acbb
2
4
x
2
−±−
=
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Cálculos de EquilíbrioCálculos de Equilíbrio
Substituindo
De onde se obtêm as raízes
No equilíbrio:
( ) ( )( )
( )91802
81191804253253
x
2
,
,,,, −±−
=
82xou690x ,, −=−=
[H2] 2,00 + x 2,00 – 0,69 1,31 mol L-
[I2] 1,00 + x 1,00 – 0,69 0,31 mol L-
[HI] 3,00 – 2x 3,00 – 2(-0,69) 4,38 mol L-1
Cálculos de EquilíbrioCálculos de Equilíbrio
ExercícioExercício::
Um mol de gás NOCl é colocado em um recipiente de 4,0 litros a 25º C. O
NOCl sofre uma pequena decomposição, formando os gases NO e Cl2. Se a
constante de equilíbrio Keq é 2,0 × 10-10 a 25º C, quais são as concentrações
de todas as espécies no equilíbrio, nesta temperatura?
ResoluçãoResolução::
Concentração 
inicial, mol L-1
Variação da 
concentração, mol L-1
Concentração 
em equilíbrio, mol L-1
[NO] 0 +2x 2 x
[Cl2] 0 +x x
[NOCl] 0,25 -2x (0,25 – 2x)
( ) ( ) ( )ggg ClNO2NOCl2 +⇔
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Cálculos de EquilíbrioCálculos de Equilíbrio
[ ] [ ]
[ ]
( ) ( )
( )
10
2
2
2
2
2
1002
x2250
xx2
NOCl
ClNO
−×=
−
== ,
,
Keq
( ) ( )
( )
410
2
2
1051x1002
250
xx2
−− ×≈⇒×≈ ,,
,
No equilíbrio:
[NO] 2x 2(1,5 × 10-4) 3,0 × 10-4 mol L-
[Cl2] x 1,5 × 10-4 1,5 × 10-4 mol L-
[NOCl] 0,25 - 2x 0,25 – 2(1,5 × 10-4) 0,25 mol L-1