Aula - Equilíbrio Químico

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EQUILÍBRIO QUÍMICO
Profª. Drª. Karyme do S. de S. Vilhena
Universidade Federal do Pará 
Campus Universitário de Tucuruí
Faculdade de Engenharia Civil, Elétrica e Mecânica
E-mail: karyufpa@yahoo.com.br
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ
DISCIPLINA QUÍMICA GERAL TEÓRICA
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REFERÊNCIAS bibliográficas
 Atkins & Jones 
Capítulo 10 (pág. 384)
 Kotz & Treichel
 Volume 2
Capítulo 16 (pág. 41)
REAÇÕES NO EQUILÍBRIO
 O equilíbrio químico é dinâmico;
 Quando uma reação atinge o equilíbrio, as reações direta e inversa continuam a ocorrer, mas os reagentes e produtos são consumidos e recuperados na mesma velocidade.
ESTADO DE EQUILÍBRIO
 Em reações químicas reversíveis existem condições de temperatura e concentração sob as quais os reagentes e produtos coexistem em equilíbrio.
ESTADO DE EQUILÍBRIO
 É o estágio da reação química em que não existe mais tendência a mudar a composição da mistura da reação.
REAÇÕES NO EQUILÍBRIO
 Sabe-se que algumas reações resultam na completa conversão dos reagentes em produtos (reação entre hidrogênio e oxigênio). Contudo algumas não ocorrem completamente: 
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REVERSIBILIDADE DAS REAÇÕES E O EQUILÍBRIO DINÂMICO
Incolor
Marrom
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Na formação do NO2 a concentração molar de N2O4 decresce com o tempo, e a de NO2 aumenta, até que finalmente elas atingem valores correspondentes a uma mistura na qual as duas estão presentes.
Na reação inversa a concentração molar de N2O4 aumenta com o tempo, e a de NO2 decresce, até que finalmente elas atingem valores correspondentes a uma mistura na qual as duas estão presentes.
CARACTERÍSTICAS
 Todos os equilíbrios químicos são dinâmicos.
Embora não ocorra mudança no equilíbrio (concentração), as reações direta e inversa continuam a acontecer. 
 Os critérios que identificam o equilíbrio químico são: 
A reação direta e reação inversa estão ocorrendo.
Elas estão fazendo isso na mesma velocidade (logo, não existe mudança aparente).
A CONSTANTE DE EQUILÍBRIO
 A constante de equilíbrio relaciona as concentrações dos reagentes e produtos no equilíbrio (composição da mistura de reação).
Em função da concentração – soluções -
Em função da pressão parcial – gases -
Exercícios
 Suponha que em uma mistura em equilíbrio contendo HCl, Cl2 e H2 a pressão parcial do H2 é 4,2 mPa e que a de Cl2 é 8,3 mPa. Qual é a pressão parcial de HCl em 500K, sabendo que K=4,0x1018 para H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g)? (R=118,08 bar)
Suponha que as pressões parciais de H2 e Cl2 no equilíbrio sejam iguais a 1µPa. Qual é a pressão parcial de HCl no equilíbrio a 500K, sabendo que K=4,0x1018 ? (R=20 mbar)
Suponha que as pressões parciais no equilíbrio de N2 e O2 na reação N2(g) + O2(g) 	2NO(g) , em 800K, são iguais a 52kPa. Qual a pressão parcial (pascals) de NO se K= 3,4x10-21 em 800K.(R=3,0x10-6 Pa).
EQUILÍBRIO HOMOGÊNEO
 Quando todos os reagentes e produtos estão na mesma fase:
EQUILÍBRIO HETEROGÊNEO
 O equilíbrio ocorre em sistemas com mais de uma fase:
EQUILÍBRIOS QUE ENVOLVEM SÓLIDOS
 Em um equilíbrio a atividade de um sólido é igual a 1:
asólido puro= 1
EQUILÍBRIOS EM SOLUÇÃO AQUOSA
 Em um equilíbrio em meio aquoso a atividade do líquido puro é 1: 
asolvente=1
Equilíbrio em reações redox
 Em reações redox o sólido terá atividade igual a 1:
Exercícios
 Escreva as equações de equilíbrio para as reações:
PRINCÍPIO DE LE CHATELIER
 Como os equilíbrios são dinâmicos, eles respondem a mudanças das condições em que as reações ocorrem.
Princípio de Le Chatelier: 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.
MANEIRAS DE PERTURBAR O EQUILÍBRIO
 Há três maneiras de perturbar o equilíbrio de um sistema reacional:
ALTERAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO (REAGENTE OU PRODUTO);
ALTERAÇÃO DO VOLUME (GÁS).
ALTERAÇÃO DA TEMPERATURA;
ADIÇÃO OU REMOÇÃO DE REAGENTES
 Considerando a reação:
MODIFICAÇÃO: Introduzindo mais gás hidrogênio no 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... 
ADIÇÃO OU REMOÇÃO DE REAGENTES
 Considerando a reação:
MODIFICAÇÃO: Adição de amônia 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 amônia... 
Adição ou remoção de um reagente ou produto
EXERCÍCIO
 Considere o seguinte equilíbrio:
Prediga o efeito sobre cada concentração em equilíbrio de:
Adição de N2
Remoção de NH3
Remoção de H2O
COMPRESSÃO DE UMA MISTURA
 Um equilíbrio em fase gás responde à compressão –redução do volume- do recipiente da reação. 
De acordo com o princípio de Le Chatelier, a composição tende a mudar para reduzir ao mínimo o efeito do aumento da pressão.
EXEMPLO
 Considere o seguinte exemplo:
A reação direta (formação de I) aumenta o número de partículas do recipiente e também a pressão total do sistema. 
A reação inversa diminui a pressão.
EXEMPLO
 Considere o seguinte exemplo:
MODIFICAÇÃO: Compressão do sistema. 
RESPOSTA: A composição do equilíbrio tende a se deslocar na direção do reagente, I2, reduzindo o efeito do aumento da pressão.
EXEMPLO
 Considere o seguinte exemplo:
MODIFICAÇÃO: Expansão do sistema. 
RESPOSTA: A composição do equilíbrio tende a se deslocar na direção do produto, I, reduzindo o efeito da diminuição da pressão.
EXERCÍCIOS
 Diga qual é o efeito da compressão sobre a composição, no equilíbrio, das misturas de reação:
2NO2(g)		N2O4(g)
H2(g)+I2(g)	 2HI(g)
CH4(g)+H2O(g)	 CO(g)+3H2(g)
CO2(g)+H2O(l) 	H2CO3(g)
TEMPERATURA E O EQUILÍBRIO
 O princípio de Le Chatelier nos diz que a injeção de energia (térmica) provoca o deslocamento do equilíbrio no sentido de contrabalancear a injeção feita.
O aumento da temperatura de uma mistura de reação desloca o equilíbrio na direção ENDOTÉRMICA.
EXEMPLO
 Considere o seguinte exemplo:
MODIFICAÇÃO: Elevação da temperatura do sistema (injeção de calor). 
RESPOSTA: Para contrabalancear o excesso de energia térmica e consumir parte do calor injetado o N2 e O2 reagem formando maior quantidade de NO.
EXEMPLO
 Considere o seguinte exemplo:
MODIFICAÇÃO: Diminuição da temperatura do sistema (retirada de calor). 
RESPOSTA: Para contrabalancear a falta de energia térmica o NO é consumido formando N2 e O2 e liberando energia térmica (calor) para o sistema.
Resumo e efeito sobre k
Perturbação
Efeito sobre o equilíbrio
Efeito sobre K
Adição de reagente
Deslocamento para a direita
Nãohá alteração
Adição de produto
Deslocamento para a esquerda
Não há alteração
Aumento da temperatura
Deslocamentopara o lado endotérmico
Há alteração
Diminuição da temperatura
Deslocamento para o lado exotérmico
Há alteração
Aumento do volume (diminuiçãoda pressão)
Deslocamento para o lado domaior nº de moléculas no estado gasoso
Não háalteração
Diminuição do volume (aumento da pressão)
Deslocamento para o lado de menor nº de moléculas no estado gasoso
Não há alteração
EQUILÍBRIO IÔNICO
 A água é uma substância anfiprótica, logo: 
Ácido
Base
Ácido Conjugado
Base
Conjugada
AUTOPROTÓLISE
 Uma molécula transfere um próton para outra molécula igual:
+
+
-
CONSTANTE DE EQUILÍBRIO (CONSTANTE DE AUTOPROTÓLISE)
 Em soluções diluídas em água, o solvente (H2O) está quase puro (aH2O=1).
 Em água pura, 25ºC as concentrações molares de H3O+ e OH- são iguais:
GANGORRA DA AUTOPROTÓLISE
 O produto das concentrações de [H3O+] e [OH-] sempre é igual a Kw.
Se aumentarmos a concentração de H3O+ (pela adição de um ácido - HCl) a concentração de OH- decresce para manter o valor de Kw .
Se aumentarmos a concentração de íons OH- por adição de uma base (NaOH) a concentração de íons H3O+ diminui.
Se aumentarmosa concentração de H3O+ (pela adição de um ácido) a concentração de OH- decresce para manter o valor de Kw e vice-versa.
EXERCÍCIOS
 Quais são as concentrações de íons H3O+ e OH- em uma solução 0,0030 M de Ba(OH)2(aq) em 25ºC? Res.: H3O+=1,7x10-12 mol.L-1; OH-=0,0060 mol.L-1
Estime as molaridades de H3O+ e OH- , 25ºC, em uma solução 6,0x10-5 M de HI(aq).
 Res.: H3O+=60 µmol.L-1; OH-=0,17nmol.L-1
 Estime as molaridades de H3O+ e OH-, 25ºC, em uma solução 2,2x10-3 M de NaOH (aq). 
ESCALA DE pH
 Descreve quantitativamente a variação da concentração do íon hidrônio:
 pH é o logaritmo negativo (na base 10) da atividade do íon hidrônio
O sinal negativo indica que quanto maior for a concentração de H3O+, menor será o pH
pOH
 O pOH é definido como:
Exercícios
Qual é o pH do sangue humano, no qual (a) a concentração de íons H3O+ é igual a 4,0x10-8 mol.L-1; (b) uma solução 0,020 M de HCl(aq); (c) uma solução 0,040 M de KOH(aq)? (Resposta: a=7,4; b=1,7; c=12,6).
Calcule o pH (a) da amônia usada em limpeza doméstica em que a concentração de OH- é cerca de 3x10-3 mol.L-1; (b) uma solução de 6,0x10-5 M de HClO4 (aq). 
	Resposta (a=11,5; b=4,22).
O pH dos fluidos pancreáticos, que ajudam na digestão da comida depois que ela deixou o estômago, é cerca de 8,2. Qual é a concentração aproximada dos íons H3O+ nos fluidos pancreáticos? (Resposta=6,0x10-9mol.L-1)
FIM