Aula Equilibrio quimico

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Profª. MSc. : Francyne Correia
Equilíbrio Químico
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO 
Processos Reversíveis e Irreversíveis
Algumas reações são irreversíveis, ou seja, uma vez obtidos os produtos não há previsão espontânea de regeneração dos reagentes.
Outras reações são reversíveis, ou seja, os produtos podem regenerar os reagentes espontaneamente.
Queima do metano
N2O4 – incolor
NO2 - marrom
2
Considere o N2O4 (puro) congelado e incolor. À temperatura aumenta, ele se decompõe em NO2 marrom:
Em um determinado momento, a cor pára de se alterar e temos a mistura de N2O4 e NO2.
Conceito de equilíbrio
Equilíbrio químico é o ponto em que as concentrações de todas as espécies são constantes.
A velocidade na qual os produtos são formados a partir dos reagentes é igual à velocidade na qual os reagentes são formados a partir dos produtos.
Reações completavam- reag. Limitantes consumidos
Muitas não se completam-atingem est. de equil (reag e prod. Estão presents)
Depois de certo tempo indicios da realção parou( para mud de cores, despreendimento de gases)-antes da reação se completer
Eq. Quí. É a condição onde as [ ] de todos os reagents e produtos em um Sistema fechado para de variar com o tempo. 
Conceito de Equilíbrio Químico
No equilíbrio, tanto o N2O4 reage para formar NO2 quanto o NO2 reage para formar outra vez N2O4:
A seta dupla significa que o processo é dinâmico porque a reação não parou: os processos opostos ocorrem com velocidades iguais.
.
Considere: 
Reação direta: A  B Velocidade = kd[A]
Reação inversa: B  A Velocidade = ki[B]
No equilíbrio kd[A] = ki[B].
O quociente das duas constantes é por si só uma constante. Assim, no equilíbrio a razão entre as pressões parciais de A e B é igual à constante.
A razão das pressões parciais de A e B tem um constante.
4
Para substância gasosa utiliza-se a equação de gás ideal para pressão e concentração, assim temos:
Consequentemente no equilíbrio, 
A reage para formar B, a PA diminui, enquanto de B aumenta
Enquanto PA diminui a velocidade da reação direta diminui, a PB aumenta e a velocidade da reação inversa aumenta, 
Quando vd=vi, o equilíbrio é alcançado.
As pressões parciais de A e B será constante.
No equilíbrio, as PA e PB não variam. O resultado é uma mistura em equilíbrio de A e B.
A razão entre as pressões parciais de A e B é igual à uma constante.
R= 0,08206L.atm/mol.K
5
É preciso expressar as concentrações relativas dos reagentes e produtos presentes nas várias misturas e no equilíbrio.
 Gases: concentrações como pressões parciais (atm); 
 Solutos na solução: concentração em quantidade de matéria;
Conceito de Equilíbrio Químico
Inicialmente examinar eq. Q. Para reações em fase gasosa –s, l, e soluções aquosas
6
Conceito de Equilíbrio Químico
Não importa a composição inicial de reagentes e produtos, a mesma proporção de concentrações é alcançada no equilíbrio.
Considere o processo de Haber:
No equilíbrio a quantidade das espécies envolvidas não depende da quantidade de catalisador, mas sim das quant. Relativas de N2 e H2 no início da reação
O equilíbrio é atingido começando com N2 e N2 na proporção 3;1
No equilíbrio as pressões parciais de h2, n2 e nh3 será a mesma, importando se a mistura de partido era razão molar de 3;1 de H2 eN2 ou NH3 puro (a condição de equilíbrio é atingida a partir de qualquer sentido.
7
Constante de Equilíbrio
Considere o equilíbrio genérico para reação geral;
A constante de equilíbrio da reação a uma determinada temperatura é dada pela expressão:
Onde:
 a, b, c e d são os coeficientes estequiométricos das espécies A, B, C e D.
Keq é a constante de equilíbrio.
Lei da ação da massa: expressa a relação entre as concentrações ou pressões parciais dos reagentes e produtos presentes no equilíbrio em qualquer reação
Todos os reagentes e produtos estão em solução
Numerador é o produto das concentrações ( expressas como quant. De matéria), elevadas a uma potencia igual aos coeficientes na equação balanceada.
Denominador semelhante porem do lado dos reagentes
8
Constante de equilíbrio: Keq
Kc: soluções aquosas.
O índice em Kc, significa que nesta fórmula da constante de equilíbrio, as concentrações dos reagentes e dos produtos são expressas em mols por litro ou molar.
KP: gases.
 Neste caso as concentrações dos reagentes e dos produtos são expressas em termos das suas pressões parciais.
Constante de Equilíbrio
Por razões práticas, em geral omitem-se as unidades da constante de equilíbrio (adimensional).
A constante de equilíbrio é escrita de acordo com a representação da reação. A pressão ou a concentração referem-se à situação de equilíbrio e não à inicial.
Preferencialmente, escreve-se a expressão da constante de equilíbrio com os menores coeficientes inteiros que balanceiam a equação.
O mesmo equilíbrio é estabelecido não importando como a reação começou (mecanismo).
A expressão de equilíbrio depende apenas da estequiometria da reação, e não de seu mecanismo.
Porem o valor da Keq a certa T independe das quantidades iniciais de reagentes e produtos (varia apenas com T) e independem de outras espécies presentes desde que eles não reajam com as espécies essenciais
10
Constante de Equilíbrio
O equilíbrio é atingido não importando as concentrações ou pressões iniciais das espécies.
Apenas a temperatura altera o valor da constante de equilíbrio
A mesma mistura em equilíbrio é produzida começando com 1,22 atm de NO2 ou 0612 atm de N2O4, mesmo q as pressões parciais variem Keq (6,46) é constante
O equilíbrio pode ser atingindo a partir de ambos os lados.
Não depende das quantidades de partida e do mecanismo da reação. 
11
Ordem de grandeza das constantes de equilíbrio
A constante de equilíbrio envolve a razão entre produtos e reagentes.
Se Keq >> 1, então os produtos predominam no equilíbrio (equilíbrio encontra-se a direita).
Se Keq << 1, então os reagentes predominam no equilíbrio (equilíbrio encontra-se a esquerda).
A ordem da grandeza da constante de equilíbrio nos permite interpretar qual a combinação da mistura no equilíbrio
12
O sentido da equação química e Keq
Um equilíbrio pode ser abordado a partir de qualquer sentido.
A constante de equilíbrio de uma reação no sentido inverso é o inverso da constante de equilíbrio da reação no sentido direto.
13
Outras maneiras de manipular as equações químicas e os valores de Keq
A constante de equilíbrio de uma reação multiplicada por um número é a constante de equilíbrio elevada a potência igual aquele número.
Importante predizer como a reação de equilíbrio esta escrita e também a temperatura.
14
A constante de equilíbrio para uma reação que é a soma de outras reações é o produto das constantes de equilíbrio para as reações individuais.
.
Outras maneiras de manipular as equações químicas e os valores de Keq
15
Equilíbrios em Sistemas Heterogêneos
Quando todos os reagentes e produtos estão em uma fase, o equilíbrio é homogêneo.
Se um ou mais reagentes ou produtos estão em fases diferentes, o equilíbrio é heterogêneo.
Dessa forma, para escrever a expressão da constante de equilíbrio ignoramos os sólidos e líquidos puros. Consideram-se apenas os gases e as substâncias dissolvidas em um meio.
Considerando que a divisão de referencia para sólidos e líquidos puros resulta em 1, é desnecessário parecer na expressão da constante de equilíbrio.
Se um sólido ou líquido puro está envolvido em um equilíbrio heterogêneo, sua concentração não é incluída na expressão da constante de equilíbrio para a reação.
16
Mesmo que não apareçam na expressão, sólidos e líquidos puros participantes da reação devem estar presentes no equilíbrio
 
A decomposição de CaCO3 é um equilíbrio heterogêneo. Na mesma temperatura a pressão de CO2 no equilíbrio é a mesma
nas duas jarras, mesmo que as quantidades relativas de CaCO3 puro e CaO difiram enormemente entre si.
17
Cálculo das constantes de equilíbrio
Proceda do seguinte modo:
Coloque em uma tabela as concentrações iniciais e no equilíbrio (ou pressões parciais) fornecidas.
Se a concentração inicial e no equilíbrio é fornecida para uma espécie, calcule a variação na concentração.
Use a estequiometria na linha de variação da concentração apenas para calcular as variações nas concentrações de todas as espécies.
Deduza as concentrações no equilíbrio de todas as espécies.
Geralmente não sabemos as concentrações no equilíbrio de todas as espécies químicas em um equilíbrio. Entretanto, se conhecemos a concentração no equilíbrio de no mínimo uma espécie, podemos geralmente usar a estequiometria da reação para deduzir as concentrações no equilíbrio das outras espécies na equação química.
18
Exemplo
1) Uma mistura de hidrogênio e nitrogênio em um recipiente de reação atinge o equilíbrio a 472º C. A mistura de gases em equilíbrio foi analisada e descobriu-se que ela contém 7,38 atm de H2, 2,46 atm de N2 e 0,166 atm de NH3. A partir desse dados calcule a constante de equilíbrio, Keq, para:
Exemplo
2) Dissolve-se uma certa quantidade amônia suficiente em 5 L de água a 25º C para produzir uma solução de 0,0124 mol/L de amônia. A solução é mantida até que atinja o equilíbrio. A análise da mistura em equilíbrio mostra que a concentração de OH- é 4,64X10-4 mol/L. Calcule a Keq a 25º C para a reação:
Exemplo
3) O trióxido de enxofre decompõe-se a alta temperatura em um recipiente selado: 
Inicialmente o recipiente é abastecido a 1.000 K com SO3(g) a uma pressão parcial de 0,500 atm. No equilíbrio a pressão parcial de SO3 é 0,200 atm. Calcule o valor de Keq a 1.000 K.
Lembrem-se que para substâncias no estado gasoso utiliza-se a equação do gás ideal, afim de determinar a pressão parcial inicial de cada espécie:
Exemplo: Considere 1,00 L de uma mistura contendo 2,0 mols de H2, 1,00 mol de N2 e 2 mol de NH3 a 472°C.
Pressão parcial – pressão de cada gás (exerce ) em mistura
Pressão normal- pressão total (somatório de todos, condiçoes padrões =1 atm)
22
Determinando o Sentido da Reação
Define-se Q, o quociente da reação: é calculado da mesma maneira que a constante de equilíbrio, mas para uma situação que não o equilíbrio.
 aA + bB ↔ cC + dD
em que as concentrações não necessariamente estão no equilíbrio
Vimos que a Keq nos permite definir quais espécies estão em maior proporção, ainda possibilita (1)determinar o sentido na qual uma mistura de reação prosseguirá para atingir o equilíbrio
E (2) calcular as [ reagentes e produtos]
23
Princípio Le Châtelier
Princípio de Le Chatelier: se um sistema em equilíbrio é perturbado, o sistema se deslocará de tal forma que a perturbação seja atenuada e uma nova situação de equilíbrio seja alcançada.
Perturba; T, [C], P
Haber experimentos produção da ammonia fatores que poderiam ser variados para melhorar o rendimento da ammonia.
Fatores que afetam o Equilíbrio Químico
Concentração
Pressão e Volume
Calor e Temperatura
O deslocamento será no sentido que minimize ou reduza 
Efeito da Concentração
O que favorece maior produção de amônia?
Adição de H2 e N2
Remoção de NH3
Efeito da Pressão
Lembrem-se as variações de pressão-volume não afetam o valor de keq, 
desde que a temperatura permaneça cte.
 Mas variam as pressões parciais das substâncias gasosas.
Diminui V, aumenta a pressão o sistema desloca o sentido de reduzir a pressão (remover os gases) diminuir o n° total de moléculas de gás
H2 (g) + I2(g) 2HI (g), ambos possuem o mesmo n° de mols (mesmo volume), variação da pressão não influencia o equilíbrio
27
Efeito da Temperatura
Efeito das variações de temperatura
A adição de calor (por ex. o aquecimento do recipiente) favorece a reação no sentido contrário ao:
se H > 0, a adição de calor favorece a reação direta,
se H < 0, a adição de calor favorece a reação inversa.
A remoção de calor (por ex. o resfriamento do recipiente), favorece a reação no sentido da diminuição:
se H > 0, o resfriamento favorece a reação inversa,
se H < 0, o resfriamento favorece a reação direta.
Endotérmica: Aumento de T resulta em aumento de Keq
Exotérmica: Aumento de T resulta em diminuição de Keq
Azul
Rosa
Reação endotérmica
aquecimento desloca o eq. para a direita
Resfriamento desloca para a esquerda
Efeito do Catalisador
Um catalisador reduz a barreira de energia de ativação para a reação.
Consequentemente, um catalisador diminuirá o tempo gasto para alcançar o equilíbrio.
Um catalisador não afeta a composição da mistura em equilíbrio
ESTUDEM!