G2 Aula 10 Equilíbrio Químico e Princípio de Le Chatelier

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17/09/2015
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Química GeralQ
Professor Alessandro Kappel Jordão
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Equilíbrio Químico
Cálculo da composição do equilíbrio
Exercício: Suponha que foram colocados 31,2 g de PCl5
em um recipiente de 500 mL e que a amostra atingiu o
equilíbrio com os produtos de decomposição tricloreto de
fósforo e cloro a 250oC com K = 78,3. As três substâncias
são gases em 250oC. Encontre a composição da mistura
no equilíbrio em mol. L-1?
Estratégia:
1 - escrever a equação química
2 - escreva a constante de equilíbrio e os dados do problema
3 – montar uma tabela com as condições dadas e pedidas (usar 
estequiometria adequada)
4 – calcular o n das espécies envolvidas
5 – calcular delta n
6 – concluir os cálculos 
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1 ‐ PCl5 (g)  + PCl3 (g) + Cl2 (g)
2 ‐ V = 500 mL Kc =  [PCl3]. [Cl2] =  x2/(n‐x) 
K = 78,3    [PCl5]
T = 250 + 273 = 523K
3 t0 0 0
A direção da reação
R: 
8,31451 x 10-2 L.bar.K-1.mol-1
3 ‐ t0        n 0 0
eq      n‐x                 x                x  
4 ‐ n = 31,2/208,22 = 0,150 em 500mL  0,300 mol. L‐1
5 ‐ n = 2‐1 =1
Kp = K = Kc (RT)n  78,3 / (8,314 x 10‐2 . 523) = 1,80 = x2/(0,300‐x) 
X2 + 1,8 x – 0,54  x = 0,262  n‐x = 0,300‐0,262 = 0,038 = [PCl5] 
[PCl3] = [Cl2] = x = 0,262
[  ] x v = n  0,262 x 500 = 0,131 mol de PCl5 foi decomposto – z%= 87,3%
0,150                                                  ‐ 100
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Exemplo:
Sob certas condições, nitrogênio e oxigênio reagem para formar
óxido de dinitrogênio, N2O. Imagine que uma mistura de 0,482 mol
de N2 e 0,933 mol de O2 é colocada em um balão de volume de
10,0 L com formação de N2O em 800 K, temperatura em que K =
3,2 x 10-28 para a reação:
2 N2(g) + O2(g) 2 N2O(g)
Calcule as pressões parciais dos gases na mistura no equilíbrio.
Resolução: Resolução:
N2 O2 N2O
Etapa 1 – Pressão parcial inicial 3,21 6,21 0
Etapa 2 – Mudança na pressão parcial ‐2x ‐x +2x
2 N2(g) + O2(g) 2 N2O(g)
Etapa 3 – Pressão parcial de equilíbrio 3,21 ‐ 2x 6,21 ‐ x 2x
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Quando rearranjada, essa é uma equação cúbica (uma equação em x3). É
difícil resolver com exatidão as equações cúbicas. Como K é muito pequeno,
podemos supor que x também é muito pequeno e que podemos usar o
procedimento da aproximação:
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Resolução:
Substitua 3,21 – 2x por 3,21 e 6,21 – x por 6,21.
Rearranje a equação para x.
Substitua o valor de K.
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Resolução:
O valor de 2x é muito pequeno, quando comparado com
3,21 (muito menor do que 5%), e nossa aproximação é
válida. Podemos concluir que, no equilíbrio:
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Equilíbrio Químico
Princípio de Le Chatelier
• Como os equilíbrios são dinâmicos, eles respondem a
mudanças das condições em que as reações ocorrem.
• Quando se altera um equilíbrio por adição ou remoção
de um reagentes o valor de ∆G varia e a composiçãode um reagentes, o valor de ∆G varia e a composição
muda até restaurar a condição∆G = 0.
• A composição também pode variar para se ajustar a
mudanças de pressão ou temperatura.
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Equilíbrio Químico
Princípio de Le Chatelier
• É relativamente fácil predizer como a composição de
uma reação em equilíbrio tende a mudar quando as
condições se alteram através do Princípio de Le Chatelier:
• “Quando uma perturbação exterior é aplicada a um• Quando uma perturbação exterior é aplicada a um
sistema em equilíbrio dinâmico, ele tende a se ajustar
para reduzir ao mínimo o efeito da perturbação”.
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Equilíbrio Químico
Princípio de Le Chatelier
Adição e remoção de reagentes
• Considerando que a reação da síntese da amônia atingiu
o equilíbrio
• e foi introduzido mais gás hidrogênio ao sistema. De
acordo com o princípio de Le Chatelier, a reação tenderá a
reduzir ao mínimo o efeito do aumento no número de
moléculas de hidrogênio através da reação de hidrogênio
com o nitrogênio.
• Logo, forma-se mais amônia.
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Equilíbrio Químico
Princípio de Le Chatelier
Adição e remoção de reagentes
• Se em vez de hidrogênio, fosse adicionado mais amônia,
a reação tenderia a formar reagentes devido à amônia
adicionada.
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Equilíbrio Químico
Princípio de Le Chatelier
Adição e remoção de reagentes
• Examinando os valores de Q e K, a adição de reagentes
faz com que o quociente da reação, Q, fique
momentaneamente abaixo de K, porque a concentração
dos reagentes no denominador de Q cresce. Quando Q <dos reagentes no denominador de Q cresce. Quando Q <
K, a reação responde com a formação de produtos para
restaurar a igualdade entre Q e K.
• A adição de produtos faz com que Q fique
momentaneamente acima de K, porque os produtos
aparecem no numerador. Então Q > K, a reação responde
com a formação de reagentes às custas dos produtos até
Q = K.
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Equilíbrio Químico
Princípio de Le Chatelier
Adição e remoção de reagentes
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Equilíbrio Químico
Princípio de Le Chatelier
Adição e remoção de reagentes
• Exemplo: Suponha que a mistura em equilíbrio da
reação abaixo, seja perturbada pela adição de 0,0100 mol
de Cl2(g) ao balão (de volume 500 mL) e que o sistema
atinja novamente o equilíbrio. Utilize estas informações eatinja novamente o equilíbrio. Utilize estas informações e
do exemplo anterior para calcular a nova composição de
equilíbrio.
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Equilíbrio Químico
Princípio de Le Chatelier
Adição e remoção de reagentes
• Resolução: O exemplo anterior fornece as pressões
parciais dos componentes em equilíbrio: PPCl5 = 0,02 bar;
PPCl3 = 1,28 bar; PCl2 = 1,28 bar. A adição de 0,0100 mol de
Cl2(g) ao balão corresponde a um aumento da pressãoCl2(g) ao balão corresponde a um aumento da pressão
parcial de Cl2(g) igual a
P = nRT/V
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Equilíbrio Químico
Princípio de Le Chatelier
Adição e remoção de reagentes
• A pressão parcial total de cloro imediatamente após a
adição do gás cloro é, portanto, 1,28 + 0,870 bar = 2,15
bar.
PCl5 PCl3 Cl2
Etapa 1 – Pressão parcial inicial 0,02 1,28 2,15
Etapa 2 – Mudança na pressão parcial + x ‐ x ‐ x
Etapa 3 – Pressão parcial de equilíbrio 0,02 + x 1,28 ‐ x 2,15 ‐ x
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Equilíbrio Químico
Princípio de Le Chatelier
Adição e remoção de reagentes
• Utilizar a constante de equilíbrio para determinar x.
K = PPCl3 PCl2 / PPCl5
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Equilíbrio Químico
Princípio de Le Chatelier
Adição e remoção de reagentes
x = 0,0144 é a solução aceitável. Logo, no equilíbrio,
PPCl5 = 0,02 + x .: PPCl5 = 0,02 + 0,01 = 0,03 bar
PPCl3 = 1,28 - x .: PPCl3 = 1,28 - 0,01 = 1,27 bar
PCl2 = 2,15 - x .: PCl2 = 2,15 - 0,01 = 2,14 bar
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Equilíbrio Químico
Princípio de Le Chatelier
Adição e remoção de reagentes
• A pressão parcial do reagente aumentou e as pressões
parciais dos produtos diminuíram em relação aos valores
iniciais.
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Equilíbrio Químico
Princípio de Le Chatelier
Adição e remoção de reagentes
Quando a composição de equilíbrio é perturbada pela
adição ou remoção de um reagente ou produto, a reaçãoadição ou remoção de um reagente ou produto, a reação
tende a ocorrer na direção que faz com que o valor de Q
torne-se novamente igual a K.
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Equilíbrio Químico
Princípio de Le Chatelier
Compressão de uma mistura de reação
• Um equilíbrio em fase gasosa responde à compressão –
a redução de volume – do recipiente da reação.
•De acordo com o princípio de Le Chatelier, a composiçãoDe acordo com o princípio de Le Chatelier, a composição
tende a mudar para reduzir ao mínimo o efeito do
aumento da pressão.
• Por exemplo, na dissociação de I2 para formar átomos de
I, 1 mol de moléculas do reagente na fase gasosa produz
2 mols de produto na fase gasosa.
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Equilíbrio Químico
Princípio de Le Chatelier
Compressão de uma mistura de reação
• A reação direta aumenta o número de partículas do
recipiente e também a pressão total do sistema e a reação
inversa diminui a pressão.
• Logo, quando a mistura é comprimida, a composição de
equilíbriotende a se deslocar na direção do reagente I2,
porque isso reduz ao mínimo o efeito do aumento da
pressão.
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Equilíbrio Químico
Princípio de Le Chatelier
Compressão de uma mistura de reação
• A expansão provoca a resposta contrária, isto é,
favorece a dissociação de I2 em átomos livres.
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COMPRESSÃO
 A compressão (redução do volume) de uma mistura reacional no equilíbrio 
tende a deslocar a reação na direção de diminuir o número de moléculas 
gasosas (diminui a Pressão)
Ex: na formação da amônia a partir de N2 e H2 forma-se 2 mol de Produto a 
partir de 4 mol de Reagente. 
Equilíbrio Químico
N2 (g) + 3H2 (g)  2NH3(g)n = 2-4 = -2
 Como o n diminuiu, P diminuiu.
Quando a mistura é comprimida, o equilíbrio tende a ser deslocado para o 
lado de formação de Produto, já que minimiza o efeito da pressão
 O P pela introdução de um gás inerte não terá efeito algum sobre a 
composição do equilíbrio
 O menor volume é favorecido
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Equilíbrio Químico
Princípio de Le Chatelier
Compressão de uma mistura de reação
• Exemplo: Diga qual é o efeito da compressão sobre a
composição de equilíbrio na reação a seguir:
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Equilíbrio Químico
Princípio de Le Chatelier
Compressão de uma mistura de reação
A compressão de uma mistura de reação em equilíbrio
tende a deslocar a reação na direção que reduz o númerotende a deslocar a reação na direção que reduz o número
de moléculas em fase gasosa. O aumento da pressão pela
introdução de um gás inerte não afeta a composição em
equilíbrio.
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Equilíbrio Químico
Princípio de Le Chatelier
Temperatura e equilíbrio
• A constante de equilíbrio permanece inalterada quando
as concentrações ou pressões mudam.
• Porém, a constante de equilíbrio é dependente daPorém, a constante de equilíbrio é dependente da
temperatura.
• No caso de uma reação exotérmica, verifica-se
experimentalmente que a formação de produtos é
favorecida pelo abaixamento da temperatura.
• No caso de uma reação endotérmica, pelo contrário, o
aumento da temperatura favorece os produtos.
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Equilíbrio Químico
Princípio de Le Chatelier
Temperatura e equilíbrio
Exemplo: Decomposição de carbonatos
CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g) é ENDOTÉRMICA
A 800oC e PCO2 =0,22 atm,A 800 C e PCO2 0,22 atm,
se o recipiente estiver aberto: a Pressão do CO2 nunca é
atingida porque o equilíbrio nunca é atingido. O gás vai
embora e o CaO se acumula (CaCO3 é completamente
degradado).
se a atmosfera estiver rica em CO2 (ambiente fechado, por
exemplo), a Pparcial do CO2 (0,22 atm) será exercida e não
haverá decomposição pois para cada CO2 formado, 1
CaCO3 se forma (equilíbrio)
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Equilíbrio Químico
Princípio de Le Chatelier
Temperatura e equilíbrio
O aumento da temperatura de uma reação exotérmica
favorece a formação de reagentes. O aumento dafavorece a formação de reagentes. O aumento da
temperatura de uma reação endotérmica favorece a
formação de produtos.
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Não afeta a composição do equilíbrio
Não afeta G
Equilíbrio Químico
Presença de um catalisador
Não afeta a K
Tem efeito apenas na velocidade da reação (em ambos
os sentidos)
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Parte A
Uma quantidade igual a 0,100 mol de carbonato de cálcio, CaCO3, foi
adicionada a um recipiente fechado de 10,0 L que, em seguida, foi aquecido a
385 K. O CaCO3, nessas condições, se decompõe em óxido de cálcio, CaO, e
gás carbônico, CO2, conforme o equilíbrio indicado na equação abaixo.
Sabendo que no equilíbrio a pressão parcial de CO2 é 0,220 atm, faça o que se
pede.
Equilíbrio Químico
1ª questão
p
a) Calcule o valor da constante de equilíbrio, Kc, da reação.
Parte B
O sistema em equilíbrio foi perturbado pela adição de mais 0,300 atm de CO2.
b) Com base no princípio de Le Chatelier, explique para que lado se deslocará
o equilíbrio após sofrer esta perturbação.
c) Calcule a quantidade, em gramas, de CaCO3 no recipiente quando o
equilíbrio for restabelecido.
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