Aula 1 EquilíbrioQuimico

Prévia do material em texto

1 
Equilíbrio Químico 
 
 
2 
A nota final da unidade curricular será 
composta por: 
 80% de duas provas, 
 10% de resolução de exercícios em 
sala e atividades em grupo durante as 
aulas 
 10% de relatórios de práticas 
experimentais (2 aulas). 
3 Brown, Capítulo 15 
Leitura recomendada 
• Química - A Ciência Central - Theodore L. Brown, H. 
Eugene Lemay, Bruce E. Bursten, 9a. Ed, São 
Paulo : Pearson Prentice Hall, 2007. 
 Capítulo 15 – Equilíbrio Químico 
• Princípios de Química: questionando a vida moderna 
e o meio ambiente – Peter Atkins e Loretta Jones, 
Porto Alegre: Bookman, 2001. 
 Capítulo 9 – Equilíbrio Químico 
4 
• Equilíbrio Dinâmico 
• A Expressão da Constante de Equilíbrio 
• Relações Envolvendo Constantes de 
Equilíbrio 
• O Significado da Magnitude de Uma 
Constante de Equilíbrio 
• O Quociente de Reação Q: Prevendo a 
Direção de Uma Reação. 
• Alterando as Condições do Equilíbrio: 
O Princípio de Le Chatelier 
• Cálculos de Equilíbrios: Alguns Exemplos 
5 
 O equilíbrio químico é um processo 
dinâmico! 
 A reação simplesmente para depois 
que atinge o equilíbrio???? 
 Equilíbrio – duas reações opostas que 
ocorrem com velocidades iguais. 
 No equilíbrio, as concentrações dos 
reagentes e dos produtos permanecem 
constantes ao longo do tempo (Sistema 
fechado). 
6 
 Todas as reações se 
completam? 
7 
Exemplo 1: Síntese da amônia. 
Como você sabe que a reação atingiu o 
equilíbrio? 
8 
N2O4(g) 2NO2(g)
Tetróxido de 
dinitrogênio 
Dióxido de 
nitrogênio 
Exemplo 2: 
9 
Concentrações 
iniciais (mol.L-
1) 
 Concentrações 
no equilíbrio (mol.L-
1) 
 Razão entre as 
Concentrações 
no equilíbrio (mol.L-1) 
[NO2] [N2O4] [NO2] [N2O4] [NO2]
2 
[N2O4] 
 
 
0,000 0,670 0,0547 0,643 4,65 x 10-3 
0,0500 0,446 0,0457 0,448 4,66 x 10-3 
0,0300 0,500 0,0475 0,491 4,60 x 10-3 
0,0400 0,600 0,0523 0,594 4,60 x 10-3 
0,200 0,000 0,0204 0,0898 4,63 x 10-3 
Tabela 1 – O sistema N2O4(g) 2NO2 (g) a 
25oC. 
Atingindo o Equilíbrio Vindo de Direções Diferentes! 
10 
Exercício 1: 
1) As curvas A, B e C pertencem a qual componente 
da reação? 
2) O que acontece no tempo t1? 
11 
Exercício 1: 
1) As curvas A, B e C pertencem a qual componente da reação? 
Resposta: Curva A = SO3, Curva B = O2 e Curva C = SO2 
 
2) O que acontece no tempo t1? 
Resposta: As concentrações se tornaram constantes, portanto 
a reação atingiu o equilíbrio. 
12 
12 
Exercício 1: 
3) O gráfico mostra que a diminuição na concentração 
para SO2(g) é igual ao aumento na concentração para 
SO3(g). Explique. 
4) Por que a concentração de O2(g) diminui menos que a 
concentração de SO2(g)? 
13 
 Dependendo da temperatura do 
sistema reacional e das quantidades 
iniciais, as concentrações no equilíbrio 
diferem de sistema para sistema. 
 
• Para uma reação geral em solução 
 
 
 a expressão da constante de equilíbrio é: 
 
 
 
 
 onde Keq é a constante de equilíbrio. 
 Keq= Kc quando expressa em termos de 
concentração em mol.L-1 
 
14 
aA + bB cC + dD
   
   ba
dc
eqK
BA
DC

A Expressão da constante de equilíbrio 
15 
 
• Para uma reação geral na fase gasosa 
 
 
 a expressão da constante de equilíbrio é 
 
 
 
 
 onde Keq é a constante de equilíbrio. 
 
 Keq= Kp quando expressa em termos de pressão 
parcial. 
aA + bB cC + dD
ba
dc
eq
PP
PP
K
BA
DC
A Expressão da constante de equilíbrio 
16 
Exercício 2: Escreva a expressão para a 
constante de equilíbrio para as seguintes 
equações: 
A Expressão da constante de equilíbrio 
(a) 
(b) 
17 
• A inversão de uma equação causa a inversão de K. 
 
 
A Expressão da constante de equilíbrio 
Exemplo: 
18 
• A inversão de uma equação causa a inversão de K. 
 
 
A Expressão da constante de equilíbrio 
Exercício 3: A 500 K, a constante de 
equilíbrio para: 
 
é 3,6. Qual é o valor de K para: 
19 
• A multiplicação dos coeficientes por um 
determinado fator eleva a constante de 
equilíbrio à potência correspondente. 
 
A Expressão da constante de equilíbrio 
Exemplo: 
20 
Exercício 4: Para a reação a seguir, o valor 
da constante de equilíbrio é Kc = 54. 
 
 
Qual seria o valor de Kc para a equação 
abaixo? 
A Expressão da constante de equilíbrio 
21 
• Se uma equação química pode ser expressa como a soma de 
duas ou mais equações, a constante de equilíbrio é o produto 
da constante de equilíbrio das reações parciais. 
A Expressão da constante de equilíbrio 
Exemplo: a 100 oC. 
22 
Exercício 5: Considere as 3 reações a seguir: 
A Expressão da constante de equilíbrio 
 Qual é a relação entre as 3 equações? 
23 
• É prática geral não incluir unidades na 
constante de equilíbrio. 
 
• Cada termo é dividido por um valor 
padrão de referência: 1 mol/L ou 1 
atm, e assim a unidade é eliminada. 
A Expressão da constante de equilíbrio 
Unidades das Constantes de Equilíbrio: 
Exemplo: 
24 
24 
 Reagentes e produtos em fases diferentes 
 CaCO3 e CaO são sólidos puros, e sua concentração 
não varia conforme a reação progride. 
Exemplo: 
25 
 Reagentes e produtos em fases diferentes 
Exemplo: 
26 
Exercício 6: Escreva a expressão para a 
constante de equilíbrio para as seguintes 
equações: 
(a) 
(b) 
(b) 
27 
Para escrever as expressões da constante de 
equilíbrio: 
 Em fase condensada as concentrações das 
espécies reagentes são expressas em mol/L. 
 Em fase gasosa, as concentrações podem ser 
expressas em mol/L ou em atm. Kp e Kc estão 
relacionados por uma equação simples. 
 As concentrações de sólidos puros, líquidos 
puros, e solventes não aparecem nas expressões 
da constante de equilíbrio. 
 Ao atribuirmos um valor à constante de equilíbrio, 
devemos especificar a equação química e a 
temperatura a que nos referimos. 
 
A Expressão da constante de equilíbrio 
28 
A Expressão da constante de equilíbrio 
 Cada reação tem sua própria constante de 
equilíbrio característica, com um valor que 
só pode ser mudado pela variação da 
temperatura. 
29 
Calculando K à partir das 
concentrações 
Um sistema fechado contém inicialmente 1,0x10-3 
mol.L-1 de H2 e 2,0x10
-3 mol.L-1 de I2 a 448 
oC. A 
análise da mistura de equilíbrio resultou em uma 
concentração de HI de 1,87x10-3 mol.L-1. Calcule 
Kc a 448 
oC para a reação: 
Exemplo: 
As tabelas de equilíbrio: 
30 
Calculando K à partir das 
concentrações 
Um sistema fechado contém inicialmente 1,0x10-3 
mol.L-1 de H2 e 2,0x10
-3 mol.L-1 de I2 a 448 
oC. A 
análise da mistura de equilíbrio resultou em uma 
concentração de HI de 1,87x10-3 mol.L-1. Calcule 
Kc a 448 
oC para a reação: 
Exemplo: 
As tabelas de equilíbrio: 
1º ) Escreva a equação química e a 
expressão para a constante de 
equilíbrio: 
31 
Calculando K à partir das concentrações 
Um sistema fechado contém inicialmente 1,0x10-3 mol.L-1 
de H2 e 2,0x10
-3 mol.L-1 de I2 a 448 
oC. A análise da mistura 
de equilíbrio resultou em uma concentração de HI de 
1,87x10-3 mol.L-1. Calcule Kc a 448 
oC para a reação: 
Exemplo: 
As tabelas de equilíbrio: 
1º ) Escreva a equação química e a expressão para a 
constante de equilíbrio: 
32 
Calculando K à partir das concentrações 
Um sistema fechado contém inicialmente 1,0x10-3 mol.L-1 
de H2 e 2,0x10-3 mol.L-1 de I2 a 448 
oC. A análise da mistura 
de equilíbrio resultou em uma concentração de HI de 
1,87x10-3 mol.L-1. Calcule Kc a 448 
oC para a reação: 
Exemplo: 
Concentração Inicial 
Variação concentração 
Concentração no 
equilíbrio 
 
Resolvendo: 
3
3 
Calculando K à partir das concentrações 
Um sistema fechado contém inicialmente 1,0x10-3 mol.L-1 
de H2 e 2,0x10
-3 mol.L-1 de I2 a 448 
oC. A análise da mistura 
de equilíbrio resultou em uma concentração de HI de 
1,87x10-3 mol.L-1. Calcule Kc a 448 
oC para a reação: 
Exemplo: 
Concentração 
Inicial 
 1,0x10-
3mol/L 
2,0x10-
3 mol/L 
0 
Variação 
No equilíbrio 
1,87x10-3 mol.L-
1 
Resolvendo: 
34 
Calculando K à partir das concentrações 
Um sistema fechado contém inicialmente 1,0x10-3 mol.L-1 
de H2 e 2,0x10
-3 mol.L-1 de I2 a 448 
oC. A análise da mistura 
de equilíbrio resultou em uma concentração de HI de 
1,87x10-3 mol.L-1. Calcule Kc a 448 
oC para a reação: 
Exemplo: 
As tabelas de equilíbrio: 
2º) Para completar a tabela use a estequiometria da reação: 
35 
Um sistema fechado contém inicialmente 1,0x10-3 mol.L-1 
de H2 e 2,0x10
-3 mol.L-1 de I2 a 448 
oC. A análise da mistura 
de equilíbrio resultou em uma concentração de HI de 
1,87x10-3 mol.L-1. Calcule Kc a 448 
oC para a reação: 
Exemplo: 
2º) Para completar a tabela use a estequiometria da reação: 
Concentração 
Inicial 
 1,0x10-
3mol/L 
2,0x10-
3 mol/L 
0 
Variação 
No equilíbrio 
1,87x10-3 mol.L-
1 
1 mol de H2 ------------ 2 mol de HI 
 ? ----------1,87x10-3 
36 
Calculando K à partir das concentrações 
Um sistema fechado contém inicialmente 1,0x10-3 mol.L-1 
de H2 e 2,0x10
-3 mol.L-1 de I2 a 448 
oC. A análise da mistura 
de equilíbrio resultou em uma concentração de HI de 
1,87x10-3 mol.L-1. Calcule Kc a 448 
oC para a reação: 
Exemplo: 
Concentração 
Inicial 
 1,0x10-
3mol/L 
2,0x10-
3 mol/L 
0 
Variação 
-9,3x10-
4mol/L 
-9,3x10-
4mol/L 
+1,87x10-3 
mol.L-1 
No equilíbrio 
 1,87x10-3 
mol.L-1 
Resolvendo: 
37 
Calculando K à partir das concentrações 
Um sistema fechado contém inicialmente 1,0x10-3 mol.L-1 
de H2 e 2,0x10
-3 mol.L-1 de I2 a 448 
oC. A análise da mistura 
de equilíbrio resultou em uma concentração de HI de 
1,87x10-3 mol.L-1. Calcule Kc a 448 
oC para a reação: 
Exemplo: 
Concentração 
Inicial 
 1,0x10-
3mol/L 
2,0x10-
3 mol/L 
0 
Variação 
-9,3x10-
4mol/L 
-9,3x10-
4mol/L 
+1,87x10-3 
mol.L-1 
No equilíbrio 
6,5x10-
5mol/L 
1,065x10-
3mol/L 
 1,87x10-3 
mol.L-1 
Resolvendo: 
38 
Concentração 
Inicial 
 1,0x10-
3mol/L 
2,0x10-
3 mol/L 
0 
Variação 
9,3x10-
4mol/L 
9,3x10-
4mol/L 
1,87x10-3 mol.L-
1 
No equilíbrio 
6,5x10-
5mol/L 
1,065x10-
3mol/L 
 1,87x10-3 
mol.L-1 
Resolvendo: 
Calculando K à partir das concentrações 
39 
Exercício 7: O sistema seguinte, em equilíbrio, 
foi estudado a 230 oC: 
As concentrações das espécies reagentes no equilíbrio 
determinadas experimentalmente são: [NO] = 0,0542 
mol/L, [O2] = 0,127 mol/L e [NO2] = 15,5 mol/L. 
Calcule a constante de equilíbrio da reação a esta 
temperatura. 
40 
Exercício 8: Haber iniciou um experimento 
com um sistema consistindo de 0,5 mol.L-1 de 
N2 e 0,8 mol.L
-1 de H2 e esperou o sistema 
atingir o equilíbrio. No equilíbrio, a uma certa 
temperatura, a concentração de NH3 era de 
0,150 mol.L-1 . 
Calcule a constante de equilíbrio Kc para esta 
reação. 
41 
Exercício 8: Haber iniciou um experimento 
com um sistema consistindo de 0,5 mol.L-1 de 
N2 e 0,8 mol.L
-1 de H2 e esperou o sistema 
atingir o equilíbrio. No equilíbrio, a uma certa 
temperatura, a concentração de NH3 era de 
0,150 mol.L-1 . 
Calcule a constante de equilíbrio Kc para esta 
reação. 
42 
• Podemos dizer se a reação favorece os 
reagentes ou os produtos. 
Exemplo: Se K for superior a 1, como 
neste sistema a 2300 oC: 
Pergunta: Se a concentração de O2 = 0,500 
mol/L no equilíbrio, qual será a concentração 
de O3? 
A reação favorece o 
produto!! 
 
43 
Pergunta: Se a concentração de O2 = 0,500 mol/L no 
equilíbrio, qual será a concentração de O3? 
Exemplo: 
Resolvendo: 
44 
• Qualquer número maior do que 10 é 
considerado muito maior do que 1. 
• Qualquer número menor do que 0,1 é 
considerado muito menor do que 1. 
45 
Exemplo: Se K for inferior a 1. A 800 K: 
A magnitude da Constante de 
Equilíbrio 
A reação favorece os reagentes!! 
 
 Qualquer número < 0,1 é considerado 
muito menor do que 1. 
46 
Exemplo: Se K for próxima de 1. A 830 oC: 
A reação não favorece reagentes 
nem produtos!! 
 
47 
• Se K >> 1, os produtos predominam no 
equilíbrio e o equilíbrio encontra-se à 
direita. 
• Se K << 1, os reagentes predominam no 
equilíbrio e o equilíbrio encontra-se à 
esquerda. 
48 
 Todos os sistemas em reação são 
caracterizados por seu Quociente de Reação, 
Q: 
   
   ba
dc
Q
BA
DC

aA + bB cC + dD
No equilíbrio Q = K 
Sob Quaisquer condições o quociente de 
reação: 
ba
dc
PP
PP
Q
BA
DC
49 
 Se Q > K, a reação tende a formar os 
reagentes. 
 Se Q < K, a reação tende a formar os 
produtos. 
 Se Q = K, a reação está em equilíbrio e 
não tem tendência a se processar em 
nenhuma direção. 
50 
 Determinando o sentido de uma reação 
Qual informação a K nos fornece? 
Exemplo: A constante de equilíbrio Kc da reação a 
seguir a 430 oC é 54,3: 
Colocamos em um recipiente: 1,98 mol/L de HI; 0,243 
mol/L de H2 e 0,146 mol/L de I2. Qual seria a direção 
da reação? 
51 
Conc. produto aumenta e 
se torna constante no 
equilíbrio 
Conc. Reagente diminui e 
se torna constante no 
equilíbrio. 
Equilíbrio atingido 
52 
Resposta: Qc = 111 
Exemplo: A constante de equilíbrio Kc da reação a 
seguir a 430 oC é 54,3: 
53 
Exercício 9: Uma mistura de 3,0 x 10-3 mol.L-1 
de H2 , 1,0 x 10
-3 mol.L-1 de N2 e 2,0 x 10
-3 
mol.L-1 de NH3 foi preparada e aquecida até 500 
K. Nessa temperatura Kc = 62 para a reação. 
Prediga se a amônia tende a se formar ou a se 
decompor.