Equilíbrio quimico

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Equilíbrio Químico 01/02/2013
Janaína Heberle Bortoluzzi 1
EQUILÍBRIO QUÍMICOEQUILÍBRIO QUÍMICO
Janaína Heberle Bortoluzzi
Equilíbrio Químico
Plano de 
Aula
§ Compreender a natureza e as características
dos equilíbrios químicos;
§ Compreender o significado da constante de
equilíbrio, K;
§ Compreender a utilização da constante de
equilíbrio, K, em estudos quantitativos de
equilíbrios químicos;
Objetivos
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Plano de 
Aula
§ ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de Química – Questionando a Vida
Moderna e o Meio Ambiente. 2006. Editora Bookman, Porto Alegre-RS, 965
pag.
§ SOUZA, E de. Fundamentos de Termodinâmica e Cinética Química. 2005.
Editora UFMG, Belo Horizonte-MG, 341 pag.
§ BRADY, J.E.; SENESE, F. Química a Matéria e suas Transformações. 2009.
Editora LTC, Rio de Janeiro-RJ, v.2, 455 pag.
§ MASTERTON, W.L.; SLOWINSKI, E.J.; STANITSKI, C.L. Princípios de
Química. 1990. Editora LTC, Rio de Janeiro-RJ, 681 pag.
§ KOTZ, J.C.; TREICHEL, P.M.; WEAVER, G.C. Química Geral e Reações
Químicas. 2009. Editora CENCAGE Learning, São Paulo–SP, v.2, 1018 pag.
Bibliografia
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Equilíbrio Químico
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Equilíbrio Químico
Estalactites e 
estalagmites
v1 = v2 E EQUILÍBRIO QUÍMICO
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Estalactites em laboratório:
è TODAS AS REAÇÕES QUÍMICAS SÃO REVERSÍVEIS
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Equilíbrio Químico
Estalactites em laboratório:
è TODAS AS REAÇÕES QUÍMICAS SÃO REVERSÍVEIS
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⇒ Ionização do Ácido Acético
è 1 mol CH3CO2H (1 mol/L) – 0,0042 M CH3CO2- e o,0042 M de H3O+
Equilíbrio Químico
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O quociente de reação e a constante de equilíbrio
Constante de Equilíbrio, K
Equilíbrio Químico
H2 (g) + I2 (g) D 2 HI (g)
[HI]2
[H2][I2]
= K
Variação na concetração = Conc. em equilíbrio – Conc. inicial
â Calcular!!!
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Constante de Equilíbrio
Equilíbrio Químico
Coeficiente estequiométrico
è o valor da constante K depende da reação e da temperatura
è K não tem unidade
è O valor da constante indica se a reação é produto-favorecida ou 
reagente-favorecida
e Reações que envolvem sólidos
S (s) + O2 (g) D SO2 (g)
[SO2]
[O2]
= K
è as concentrações de quaisquer 
reagente ou produto sólidos sólidos não são 
incluídas na expressão da constante 
de equilíbrio
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Equilíbrio Químico
Constante de Equilíbrio
e Reações em solução aquosa
NH3 (aq) + H2O (l) D NH4+ (aq) + OH- (aq)
è a concentração molar da água não é 
incluída na expressão da constante de 
equilíbrio
[NH4+][OH-]
[NH3]
= K
e Reações que envolvem gases: Kc e Kp
H2 (g) + I2 (g) D 2 HI (g)
P HI2
(P H2)(P I2)
= Kp
è Kc = concentrações em mol/L
è Kp = valores em unidade de pressão
LER Um exame mais detalhado
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Exercícios
1- Escreva as expressões das constantes de equilíbrio para cada uma 
das seguintes reações em termos das concentrações:
PCl5 (g) D PCl3 (g) + Cl2 (g)
CO2 (g) + C (s) D 2 CO (g)
Cu(NH3)42+ (aq) D Cu2+ (aq) + 4 NH3 (aq)
CH3CO2H (aq) + H2O (l) D CH3CO2- (aq) + H3O+ (aq)
N2 (g) + 3 H2 (g) D 2 NH3 (g)
H2CO3 (aq) + H2O (l) D HCO3- (aq) + H3O+ (aq)
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O Significado da Constante de Equilíbrio
Equilíbrio Químico
K >> 1 a reação é produto-favorecida
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O Significado da Constante de Equilíbrio
Equilíbrio Químico
NO (g) + O3 (g) D NO2 (g) + O2 (g)
[NO2][O2]
[NO][O3]
= K = 6 x 1034 a 25 °C
No equilíbrio [NO2][O2] >> [NO][O3]
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O Significado da Constante de Equilíbrio
Equilíbrio Químico
3/2 O2 (g) D O3 (g)
[O3]
[O2]3/2
= K = 2,5 x 10-29 a 25 °C
No equilíbrio [O2]3/2 >> [O3]
K << 1 a reação é reagente-favorecida
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Exercícios
1- As seguintes reações são regante-favorecidas ou produto-
favorecidas?
Cu(NH3)42+ (aq) D Cu2+ (aq) + 4 NH3 (aq) K = 1,5 x 10-13
Cd(NH3)42+ (aq) D Cd2+ (aq) + 4 NH3 (aq) K = 1,0 x 10-7
Se cada reação apresentar uma concentração de reagentes de 0,10 M, 
em qual solução a concentração de NH3 aumentará?
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O Quociente da Reação, Q
Equilíbrio Químico
aA + bB D cC + dD
[C]c[D]d
[A]a[B]b
= Q E Quando não estão em equilíbrio
Magnitude 
Relativa
Direção da Reação
Q < K Reagentes – Produtos
Q = K Reação em Equilíbrio
Q > K Produtos– Reagentes
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O Quociente da Reação, Q
Equilíbrio Químico
Se butano é igual a 1,0 mol/L,
a concentração no equilíbrio de
isobutano é??
[isobutano] = 2,5 x 1,0 mol/L
[isobutano] = 2,5 mol/L
Se butano é igual a 3,0 mol/L
e isobutano é igual a 4,0 mol/L
e a reção não está no
equilíbrio, qual o valor de Q??
Q = 4,0/3,0
Q = 1,3Q < K e Não está no equilíbrio 
Reagentes – Produtos
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O Quoeciente da Reação, Q
Equilíbrio Químico
Q > K e Não está no equilíbrio 
Produtos – reagentes
Butano D isobutano
Equilíbrio Equilíbrio
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Exercícios
1- Responda as seguintes questões em relação ao equilíbrio 
butano D isobutano (K = 2,5 a 298 K)
a) O sistema está em equilíbrio quando [butano] = 0,97 M e [isobutano] 
= 2,18 M? Se não estiver em equilíbrio, em que direção a reação 
prossegue para atingir o equilíbrio?
b) O sistema está em equilíbrio quando [butano] = 0,75 M e [isobutano]
= 2,60 M? Se não estiver em equilíbrio, em que direção a reação
prossegue para atingir o equilíbrio?
Equilíbrio Químico
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Exercícios
2- A 2.000 K, a constante de equilíbrio, K, para a formação de NO (g):
N2 (g) + O2 (g) D 2 NO (g) é 4,0 x 10-4. 
Você tem um frasco em que, a 2.000 K, a concentração de N2 é 0,50
mol/L, a de O2 é 0,25 mol/L e a de NO é de 4,2 x 10-3 mol/L. O
sistema está em equilíbrio? Se não estiver, em que direção a reação
prosseguirá para atingir o equilíbrio?
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Exercícios
3- Uma solução aquosa de etanol e ácido acético, cada um com uma 
concentração inicial de 0,810 M, é aquecida a 100 °C. Em equilíbrio, a 
concentração de ácido acético é de 0,748 M. Calcule K para a reação.
C2H5OH (aq) + CH3CO2H (aq) D CH3CO2C2H5 (aq) + H2O (l) 
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Calculando Concentrações em Equilíbrio usando Constantes de Equilíbrio
Equilíbrio Químico
H2 (g) + I2 (g) D 2 HI (g) K = 55,64
Se 1,00 mol de H2 e 1,00 mol de I2 são colocados em um frasco de 0,500 L
a 425 °C, quais são as concentrações de H2, I2 e HI quando o equilíbrio é
alcançado?
EXEMPLO
[HI]2
[H2][I2]
= K (2x)
2
(2,0-x)(2,0-x)
= 55,64 (2x)
2
(2,0-x)2
= 55,64
= 7,459 = 2x/(2,0-x) x = 1,58
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Exercícios
1- Em determinada temperatura, K = 33 para a reação
H2 (g) + I2 (g) D 2 HI (g)
Considere que as concentrações iniciais de H2 e I2 sejam ambas de
6,00 x 10-3mol/L. Determine a concentração de cada reagente e cada
produto no equilíbrio.
Equilíbrio Químico
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Calculando Concentrações em que a solução é uma expressão quadrática
Equilíbrio Químico
PCl5 (g) D PCl3 (g) + Cl2 (g) K = 1,20
Se a concentração inicial de PCl5 é 1,60 M, quais serão as concentrações
de equilíbrio do reagente e dos produtos?
EXEMPLO
[PCl3][Cl2]
[PCl5]
= K
(x)(x)
(1,6-x)
= 1,2 x2 + 1,2x – 1,92 = 0
[PCl3] = [Cl2] = 0,91 mol/L
[PCl5] = 1,60 – 0,91 = 0,69 mol/L
x = 0,91 e -2,11
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Equilíbrio Químico
I2 (g) D 2 I (g) K = 5,60 x 10-12
Assumindo que a concentração inicial de I2 é 0,45 M
temos:
EXEMPLO
[I]2
[I2]
K =
(2x)2
(0,45-x)
= 5,6 x 10-12
x = 7,9 x 10-7 mol/L
Muitos casos, aproximação realista
Reação I2 (g) 2 I (g)
Inicial 0,45 0
Variação -x 2x
Equilíbrio 0,45-x 2x
0,45-x » 0,45
(2x)2
0,45
= 5,6 x 10-12
Calculando Concentrações em que a solução é uma expressão quadrática
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Equilíbrio Químico
[B][C]
[A]
= K =
Muitos casos, aproximação realista
A D B + C
(x)(x)
[A]0 - x
Se 100 x K < [A]0 adota-se que [A]0 – x » [A]0
Quando K » 1 esta aproximação não pode ser feita
Calculando Concentrações em que a solução é uma expressão quadrática
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Exercícios
1- A reação
N2 (g) + O2 (g) D 2 NO (g)
Contribui para a poluição do ar sempre que um combustível é queimado
com ar em temperaturas elevadas, como um motor a gasolina. A 1.500
K, K = 1,0 x10-5. Suponha que uma amostra de ar tenha [N2] = 0,80
mol/L e [O2] = 0,20 mol/L antes que ocorra qualquer reação. Calcule as
concentrações de equilíbrio de reagentes e produtos após a mistura
ter sido aquecida a 1.500 K.
Equilíbrio Químico
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Equações Balanceadas e Constantes de Equilíbrio
Equilíbrio Químico
[NH3]2
[N2][H2]3
= K1
Equação 1: N2 (g) + 3 H2 (g) D 2 NH3 (g) K1 = 3,5 x 108
Equação 2: ½ N2 (g) + 3/2 H2 (g) D NH3 (g) K2 = ???
[NH3]
[N2]1/2[H2]3/2
= K2
K2 = 
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Equações Balanceadas e Constantes de Equilíbrio
Equilíbrio Químico
[NH3]2
[N2][H2]3
= K1
Equação 1: N2 (g) + 3 H2 (g) D 2 NH3 (g) K1 = 3,5 x 108
Equação 3: 2 NH3 (g) D N2 (g) + 3 H2 (g) K3 = ???
[N2][H2]3
[NH3]2
= K3
K3 = 1/K1
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Equações Balanceadas [ Processo Global
Equilíbrio Químico
Equação 1: AgCl (s) D Ag+ (aq) + Cl- (aq) K1 = 1,8 x 10-10
Equação 2: Ag+ (aq) + 2 NH3 (aq) D Ag(NH3)2+ (aq) K1 = 1,6 x 107
Equação global: AgCl (s) + 2 NH3 (aq) D Ag(NH3)2+ (aq) + Cl- (aq)
Equação global: Kglobal = K1 x K2
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Perturbando um Equilíbrio Químico
Equilíbrio Químico
à Variando a temperatura;
à Variando a concentração de um reagente ou produto;
à Variando o volume.
Princípio de Le Chatelier diz que a posição de um equilíbrio químico 
sempre é deslocada no sentido que alivia ou minimiza a perturbação 
que é aplicada a um sistema.
Q ≠ K Æ Q = K
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Perturbando um Equilíbrio Químico
Equilíbrio Químico
à Efeito da temperatura sobre a composição no equilíbrio
Mudança na entalpia (∆H): quantidade de calor absorvido ou liberado
durante a ocorrência de uma reação química.
S Processos endotérmicos: absorvem calor (∆H > 0 e produtos menos
estáveis que reagentes).
N2 (g) + O2 (g) D 2 NO (g) DHoreação = + 180,6 kJ
Constante de Equilíbrio, K Temperatura
4,5 x 10-31 298 K
6,7 x 10-10 900 K
1,7 x 10-3 2.300 K
[NO] k com a Temperatura
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Perturbando um Equilíbrio Químico
Equilíbrio Químico
à Efeito da temperatura sobre a composição no equilíbrio
S Processos exotérmicos: liberam calor (∆H < 0 e produtos mais
estáveis que reagentes).
2 NO2 (g) D N2O4 (g)
DHoreação = - 57,1 kJ
Constante de Equilíbrio, K Temperatura
1.300 273 K
170 298 K
[N2O4] m com a Temperatura
[NO2] k com a Temperatura
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Perturbando um Equilíbrio Químico
Equilíbrio Químico
à Efeito da temperatura sobre a composição no equilíbrio
Perturbação Variação a medida que 
a mistura retorna ao 
Equilíbrio
Efeito sobre o Equilíbrio Efeito 
sobre K
kTemperatura Energia térmica é 
consumida pelo sistema
Deslocamento na direção 
endotérmica
Varia
mTemperatura Energia térmica é 
gerada pelo sistema
Deslocamento na direção 
exotérmica
Varia
Adição 
reagente
Parte do reagente 
adicionado é consumido
Aumenta a concentração de 
produto
Não varia
Adição de 
produto
Parte do produto
adicionado é consumido
Aumenta a concentração de 
reagente
Não varia
Reações que envolvem sólidos, líquidos ou gases
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Perturbando um Equilíbrio Químico
Equilíbrio Químico
à Efeito da temperatura sobre a composição no equilíbrio
Perturbação Variação a medida que 
a mistura retorna ao 
Equilíbrio
Efeito sobre o Equilíbrio Efeito 
sobre K
m volume
k pressão
Diminuição da pressão Variação da composição 
para diminuir o número total 
de moléculas
Não varia
k volume
m pressão
Aumento da pressão Variação da composição 
para aumentar o número 
total de moléculas
Não varia
Reações que envolvem gases
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Perturbando um Equilíbrio Químico
Equilíbrio Químico
à Efeito da temperatura sobre a composição no equilíbrio
Elemento em seu estado padrão H = 0
∆H0 = å ∆Hf0 (produtos) - å ∆Hf0 (reagentes) 
à Se a temperatura do sistema é aumentada, isto é, se calor é fornecido
ao sistema, a posição do equilíbrio mudará em tal direção que consumirá
pelo menos parte desta energia térmica extra.
S Princípio de Le Chatelier: um aumento na temperatura favorece uma
reação endotérmica, sobre um processo exotérmico.
­ T Þ ¯ K
¯ T Þ ­ K
exotérmica
­ T Þ ­ K
¯ T Þ ¯ K
endotérmica
A + B D C + D + calor
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Exercícios
1- Considere o efeito da variação de temperatura nos seguintes
equilíbrios:
a) A concentração de NOCl aumenta ou diminui no equilíbrio à medida
que a temperatura do sistema aumenta?
2 NOCl (g) D 2 NO (g) + Cl2 (g) DHoreação = + 77,1 kJ
b) A concentração de SO3 aumenta ou diminui quando a temperatura
aumenta?
2 SO2 (g) + O2 (g) D 2 SO3 (g) DHoreação = - 198 kJ
Equilíbrio Químico
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Perturbando um Equilíbrio Químico
Equilíbrio Químico
à Efeito da adição ou remoção de um reagente ou produto
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Perturbando um Equilíbrio Químico
Equilíbrio Químico
à Efeito da adição ou remoção de um reagente ou produto
Ag(NH3)2+ D Ag+ + 2 NH3
Se
[Ag+] ¯ Þ a reação tende a se processar da
esquerda para a direita.
[Ag+] ­ Þ a reação tende a se processar da
direita para a esquerda.
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Exercícios
1- Considere que o equilíbrio tenha se estabalecido em um frasco de
1,00 L com [butano] = 0,500 mol/L e [isobutano] = 1,25 mol/L.
Butano D Isobutano K = 2,5
Em seguida, 1,50 mol/L de butano são adicionados. Quais são as
concentrações de butano e isobutano quando o equilíbrio é
reestabelecido?
Equilíbrio Químico
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Exercícios2- Existe equilíbrio entre butano e isobutano quando [butano] = 0,200
mol/L e [isobutano] = 0,500 mol/L. São acrescentados 2,00 mol/L de
isobutano à mistura. Quais são as concentrações de butano e isobutano
após o restabelecimento do equilíbrio?
Equilíbrio Químico
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Perturbando um Equilíbrio Químico
Equilíbrio Químico
à Efeito de variações de volume em fase gasosa
2 NO2 (g) D N2O4 (g)
Gás castanho Gás incolor
[N2O4]
[NO2]2
= K = 170
[N2O4] = 0,0280 mol/L e [NO2] = 0,0128 mol/L
Quando volume é reduzido a metade as concentrações dobram
2 NO2 (g) D N2O4 (g)
diminuição no volume do recipiente
Novo equilíbrio favorece o produto
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Perturbando um Equilíbrio Químico
Equilíbrio Químico
à Efeito de variações de volume em fase gasosa
2 NO2 (g) D N2O4 (g)
Gás castanho Gás incolor
[N2O4]
[NO2]2
= K = 170
à A [NO2] diminui 2x mais rápido que o aumento da [N2O4]
à m Vol. k Pressão " contrabalanceada para menor número de moléculas;
à k Vol. m Pressão " contrabalanceada para maior número de moléculas;
à H2 (g) + I2 (g) D 2 HI (g) alteração do volume não terá efeito
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Exercícios
1- A formação da amôniaa a partir de substâncias elementares é um
processo industrial importante:
3 H2 (g) + N2 (g) D 2 NH3 (g)
a) Como varia a composição no equilíbrio quando se adiciona H2 extra?
E quando se adiciona NH3 extra?
b) Qual é o efeito no equilíbrio quando se aumenta o volume no
sistema? A composição no equilíbrio muda ou permanece igual?
Equilíbrio Químico
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Equilíbrio Químico
è Q < K è Reagentes– Produtos
è Q = K è Reação em Equilíbrio
è Q > K è Produtos– Reagentes
Fixando
aA + bB D cC + dD
[C]c[D]d
[A]a[B]b
= Q E Quando não estão em equilíbrio
[B][C]
[A]
= K =
A D B + C
(x)(x)
[A]0 - x
Se 100 x K < [A]0 adota-se que [A]0 – x » [A]0
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Equilíbrio Químico
Fixando
Equação global: Kglobal = K1 x K2 x ...
Princípio de Le Chatelier diz que a posição de um equilíbrio químico 
sempre é deslocada no sentido que alivia ou minimiza a perturbação 
que é aplicada a um sistema.
Perturbando um Equilíbrio Químico
à Variando a temperatura;
à Variando a concentração de um reagente ou produto;
à Variando o volume.
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Equilíbrio Químico
Fixando
à Efeito da temperatura sobre a composição no equilíbrio
­ T Þ ¯ K
¯ T Þ ­ K
exotérmica
­ T Þ ­ K
¯ T Þ ¯ K
endotérmica
A + B D C + D + calor
à Efeito da adição ou remoção de um reagente ou produto
Se
[C] ¯ Þ a reação tende a se processar da
esquerda para a direita.
[C] ­ Þ a reação tende a se processar da
direita para a esquerda.
Janaína Heberle Bortoluzzi
Equilíbrio Químico
Fixando
à Efeito de variações de volume em fase gasosa
m Vol. k Pressão " contrabalanceada para menor número de moléculas;
k Vol. m Pressão " contrabalanceada para maior número de moléculas;